La primera imagen de un agujero negro sacudió al mundo en 2019, cuando el Telescopio del Horizonte de Sucesos, o EHT, reveló una imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, también conocida como Virgo A o NGC 4486, ubicada en la constelación Virgo. Este agujero negro sorprende nuevamente a los científicos con llamaradas de rayos gamma de teraelectronvoltios, que emiten fotones miles de millones de veces más potentes que la luz visible. Llamadas tan intensas no se habían visto desde hacía más de una década, lo que proporciona información importante sobre cómo se aceleran partículas como electrones y positrones en el entorno extremo cercano a los agujeros negros.
El chorro del centro de M87 tiene siete órdenes de magnitud (millones de veces más grande) que el horizonte de sucesos, o superficie del propio agujero negro. El brillante estallido de emisión de alta energía procedente de la región del agujero negro superó con creces la energía que normalmente detectan los radiotelescopios. La llamarada duró unos tres días y probablemente se originó en una región a menos de tres días luz o a menos de 15 mil millones de millas de distancia.
Un rayo gamma es un paquete de energía electromagnética también conocido como fotón. Los rayos gamma tienen la mayor energía de cualquier longitud de onda en el espectro electromagnético y son producidos por los entornos más calientes y energéticos del universo, como las regiones alrededor de los agujeros negros. Los fotones de las llamaradas de rayos gamma de M87 tienen niveles de energía de hasta varios teraelectronvoltios. Los teraelectronvoltios se utilizan para medir la energía de partículas subatómicas y equivalen a la energía de un mosquito en movimiento. Esa es una enorme cantidad de energía para una partícula muchos billones de veces más pequeña que un mosquito. Los fotones con energías de varios teraelectronvoltios son mucho más potentes que los fotones que producen luz visible.
A medida que la materia cae hacia un agujero negro, se forma un disco de acreción donde las partículas se aceleran debido a la pérdida de energía potencial gravitacional. Algunos incluso son redirigidos desde los polos del agujero negro como un poderoso flujo de salida, llamado “chorro”, impulsado por el intenso campo magnético. Este proceso es errático y a menudo provoca una rápida explosión de energía llamada “llamarada”. Sin embargo, los rayos gamma no pueden penetrar la atmósfera terrestre. Hace unos 70 años, los físicos descubrieron que los rayos gamma podían detectarse desde la tierra observando la radiación secundaria producida cuando golpeaban la atmósfera.
“Todavía no entendemos completamente cómo se aceleran las partículas cerca de los agujeros negros o en los chorros”, dijo Weidong Jin, investigador postdoctoral en la UCLA y autor correspondiente de un artículo que describe los hallazgos publicados por un grupo internacional de autores en Astronomía. y astrofísica. “Estas partículas son muy poderosas, viajan cerca de la velocidad de la luz y queremos entender dónde y cómo adquieren esa energía. Nuestro estudio presenta los datos espectrales más completos recopilados para estas galaxias, incluido el modelado de la dispersión de la luz. procesos.”
Jean contribuyó al análisis de la parte de mayor energía del conjunto de datos, llamados rayos gamma de energía ultra alta, que fueron recopilados por VERITAS, un instrumento terrestre de rayos gamma operado en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en el sur de Arizona. UCLA jugó un papel importante en la construcción de VERITAS (abreviatura de Sistema de matriz de telescopios de imágenes de radiación muy potente), participando en el desarrollo de la electrónica para leer los sensores del telescopio y el software informático para analizar los datos del telescopio. Simulación del rendimiento del telescopio. Este análisis ayudó a detectar llamaradas, como lo indican los grandes cambios de luminancia que se desvían significativamente de la variabilidad de referencia.
Más de dos docenas de instalaciones de observación terrestres y espaciales de alto perfil, incluidos los telescopios Fermi-Lat, el Telescopio Espacial Hubble, Nustar, Chandra y Swift de la NASA, junto con tres de los conjuntos de telescopios Cherenkov atmosféricos de imágenes más grandes del mundo (VERITAS)., HESS y MAGIC) se unieron a esta segunda campaña EHT y multilongitud de onda en 2018. Estos observatorios son sensibles a los fotones de rayos X, así como a los rayos gamma de alta y muy alta energía, respectivamente.
Uno de los conjuntos de datos clave utilizados en este estudio se llama distribución de potencia espectral.
“El espectro describe cómo la energía de una fuente astronómica, como M87, se distribuye en diferentes longitudes de onda de luz”, dijo Jin. “Es como dividir la luz en un arco iris y medir cuánta energía está presente en cada color. Este análisis nos ayuda a descubrir los diversos mecanismos que impulsan la aceleración de partículas de alta energía en el chorro de un agujero negro supermasivo”.
Un análisis más detallado realizado por los autores del artículo encontró un cambio significativo en la posición y el ángulo del anillo, también llamado horizonte de sucesos, y la posición del chorro. Esto sugiere una relación física entre las partículas y el horizonte de sucesos en diferentes escalas de tamaño, lo que afecta la ubicación del chorro.
“Una de las características más sorprendentes del agujero negro de M87 es un chorro bipolar que se extiende miles de años luz desde el centro”, dijo Jean. “Este estudio brindó una oportunidad única para buscar la fuente de emisión de rayos gamma de energía ultra alta durante las llamaradas e identificar el lugar donde las partículas se aceleran. Nuestros resultados pueden ayudar a resolver un problema de larga data. Rayo cósmico Fuentes detectadas en la Tierra controversia sobre.”