El impresionante chorro de M87 desencadena una inusual erupción de rayos gamma

Un grupo de científicos de la colaboración EHT ha informado sobre la primera identificación de una erupción de rayos gamma de alta energía en más de una década, que se originó en el agujero negro supermasivo M87.

Las evaluaciones, derivadas de la segunda campaña del EHT realizada en abril de 2018, involucraron más de 25 observatorios tanto en la Tierra como en el espacio, y se basaron en espectros casi simultáneos de la galaxia, abarcando el rango de longitud de onda más extenso que se haya recopilado hasta la fecha.

“Tuvimos la suerte de detectar una erupción de rayos gamma que emanaba de M87 durante la campaña de múltiples longitudes de onda del Event Horizon Telescope”, asegura Giacomo Principe, uno de los líderes del estudio y académico de la Universidad de Trieste, en colaboración con el INAF y el INFN.

“Este acontecimiento constituye la primera erupción de rayos gamma registrada en esta fuente en más de diez años, lo cual nos brinda la posibilidad de definir con exactitud el tamaño de la región responsable de la emisión de rayos gamma que se ha visto. Las observaciones futuras, combinadas con un conjunto más sensible del EHT, proporcionarán información fundamental y una oportunidad excepcional para investigar la física que rodea al agujero negro supermasivo de M87.”

“Estos esfuerzos prometen aclarar la relación entre el disco y el chorro, además de descubrir los orígenes y mecanismos detrás de la emisión de fotones de rayos gamma”.

Según los hallazgos publicados por los investigadores en Astronomy and Astrophysics, el chorro relativista analizado es sorprendentemente extenso, alcanzando dimensiones que superan el horizonte de eventos del agujero negro por decenas de millones de veces (siete órdenes de magnitud), comparable a la diferencia entre la dimensión de una bacteria y la ballena azul más grande documentada.

La erupción energética, que continuó durante aproximadamente tres días, indica una zona de emisión de menos de tres años luz de tamaño (alrededor de 170 UA, donde 1 Unidad Astronómica equivale a la distancia entre el Sol y la Tierra), revelando un destello luminoso de emisión de alta energía que excede con creces las energías generalmente detectadas por los radiotelescopios en las cercanías del agujero negro.

“La actividad de este agujero negro supermasivo es muy impredecible: es difícil anticipar cuándo tendrá lugar una erupción. Los datos recogidos en 2017 y 2018, que reflejan sus fases de reposo y actividad respectivamente, proporcionan información clave para desentrañar el ciclo de actividad de este enigmático agujero negro”, comenta Kazuhiro Hada de la Universidad de la Ciudad de Nagoya, quien encabezó las observaciones y el análisis de la campaña de múltiples longitudes de onda.

“La duración de una erupción se corresponde aproximadamente con el tamaño de la región de emisión. La rápida variabilidad de los rayos gamma sugiere que la zona de la erupción es extremadamente compacta, ajustándose a un tamaño alrededor de 10 veces el diámetro del agujero negro central”, explica Daniel Mazin del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio, parte del equipo del telescopio MAGIC que detectó la erupción de rayos gamma.

“Curiosamente, la notable variabilidad observada en los rayos gamma no fue apreciada en otras longitudes de onda. Esto sugiere que la región de la erupción posee una estructura compleja y manifiesta diferentes características de acuerdo a la longitud de onda”.

La segunda campaña del EHT y de longitudes de onda múltiples en 2018 utilizó más de dos docenas de instalaciones de observación de gran renombre, incluidos los telescopios Fermi-LAT, HST, NuSTAR, Chandra y Swift.

de la NASA, así como los tres principales conjuntos de telescopios de imágenes atmosféricas Cherenkov a nivel global (H.E.S.S., MAGIC y VERITAS).

Estos observatorios son receptivos a los fotones de rayos X, así como a los rayos gamma de alta energía y de muy alta energía (VHE), en consecuencia. Durante la campaña, el instrumento LAT que se encuentra a bordo del observatorio espacial Fermi identificó un incremento en el flujo de rayos gamma de alta energía, alcanzando energías miles de millones de veces superiores a la luz visible.

Más tarde, Chandra y NuSTAR obtuvieron datos de alta calidad en la gama de rayos X. Las observaciones de radio realizadas por la Red VLBI de Asia Oriental (EAVN) revelan un cambio anual aparente en el ángulo de posición del chorro en unos pocos microsegundos de arco desde el centro galáctico.

“Al integrar la información sobre el cambio en la dirección del chorro, la distribución de brillo del anillo observada por el EHT y la actividad de rayos gamma, conseguimos una mejor comprensión de los mecanismos que producen la radiación de muy alta energía”, afirma Motoki Kino de la Universidad de Kogakuin, quien coordina las observaciones de EAVN durante la campaña.

Los datos también sugieren una variación notable en el ángulo de posición de la asimetría del anillo (el conocido horizonte de eventos del agujero negro) y la posición del chorro, lo que indica una relación física entre estas estructuras a distintas escalas.

“La primera imagen obtenida durante la campaña de observación de 2018 mostró que la emisión a lo largo del anillo no era uniforme, presentando asimetrías (por ejemplo, áreas más brillantes). Observaciones adicionales llevadas a cabo en 2018 corroboraron estos datos, subrayando que el ángulo de posición de la asimetría había experimentado un cambio”, aclara el investigador.