El potente chorro de M87 desata una rara explosión de rayos gamma

Astrónomos de la colaboración EHT informan de la primera observación de una llamarada de rayos gamma de alta energía en más de una década procedente del agujero negro supermasivo M87.

Las observaciones --de la segunda campaña de observación del EHT realizada en abril de 2018, en la que participaron más de 25 telescopios terrestres y orbitales-- se basaron en espectros casi simultáneos de la galaxia que abarcan el rango de longitud de onda más amplio jamás recopilado.

"Tuvimos suerte de detectar una llamarada de rayos gamma procedente de M87 durante la campaña multilongitud de onda del Event Horizon Telescope", afirma en un comunicado Giacomo Principe, uno de los coordinadores del artículo, investigador de la Universidad de Trieste asociado al INAF y al INFN.

"Esto marca el primer evento de llamarada de rayos gamma observado en esta fuente en más de una década, lo que nos permite delimitar con precisión el tamaño de la región responsable de la emisión de rayos gamma observada. Las observaciones, tanto las recientes con un conjunto de EHT más sensible como las planificadas para los próximos años, proporcionarán información invaluable y una oportunidad extraordinaria para estudiar la física que rodea al agujero negro supermasivo de M87.

"Estos esfuerzos prometen arrojar luz sobre la conexión entre el disco y el chorro y descubrir los orígenes y mecanismos detrás de la emisión de fotones de rayos gamma".

Según publican los investigadores en Astronomy and Astrophysics, el chorro relativista examinado es sorprendente en su extensión, alcanzando tamaños que exceden el horizonte de eventos del agujero negro en decenas de millones de veces (siete órdenes de magnitud), similar a la diferencia entre el tamaño de una bacteria y la ballena azul más grande conocida.

La llamarada energética, que duró aproximadamente tres días y sugiere una región de emisión de menos de tres días luz de tamaño (unas 170 UA, donde 1 Unidad Astronómica es la distancia del Sol a la Tierra), reveló un estallido brillante de emisión de alta energía, muy por encima de las energías que suelen detectar los radiotelescopios en la región del agujero negro.

"La actividad de este agujero negro supermasivo es muy impredecible: es difícil pronosticar cuándo se producirá una llamarada. Los datos contrastantes obtenidos en 2017 y 2018, que representan sus fases de reposo y actividad respectivamente, proporcionan información crucial para desentrañar el ciclo de actividad de este enigmático agujero negro", afirma Kazuhiro Hada de la Universidad de la Ciudad de Nagoya, quien dirigió las observaciones de radio y el análisis de la campaña de múltiples longitudes de onda.

"La duración de una llamarada corresponde aproximadamente al tamaño de la región de emisión. La rápida variabilidad de los rayos gamma indica que la región de la llamarada es extremadamente pequeña, solo aproximadamente 10 veces el tamaño del agujero negro central", explica Daniel Mazin del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio, miembro del equipo del telescopio MAGIC que detectó la llamarada de rayos gamma.

"Curiosamente, la marcada variabilidad observada en los rayos gamma no se detectó en otras longitudes de onda. Esto sugiere que la región de la llamarada tiene una estructura compleja y exhibe diferentes características según la longitud de onda".

La segunda campaña de EHT y de longitudes de onda múltiples en 2018 aprovechó más de dos docenas de instalaciones de observación de alto perfil, incluidos los telescopios Fermi-LAT, HST, NuSTAR, Chandra y Swift de la NASA, junto con los tres conjuntos de telescopios de imágenes atmosféricas Cherenkov más grandes del mundo (H.E.S.S., MAGIC y VERITAS).

Estos observatorios son sensibles a los fotones de rayos X, así como a los rayos gamma de alta energía y muy alta energía (VHE), respectivamente. Durante la campaña, el instrumento LAT a bordo del observatorio espacial Fermi detectó un aumento en el flujo de rayos gamma de alta energía con energías hasta miles de millones de veces mayores que la luz visible.

Luego, Chandra y NuSTAR recopilaron datos de alta calidad en la banda de rayos X. Las observaciones de radio de la Red VLBI de Asia Oriental (EAVN) muestran un cambio anual aparente en el ángulo de posición del chorro en unos pocos microsegundos de arco desde el núcleo de la galaxia.

"Al combinar la información sobre el cambio en la dirección del chorro, la distribución del brillo del anillo observado por el EHT y la actividad de rayos gamma, podemos entender mejor los mecanismos detrás de la producción de la radiación de muy alta energía", dice Motoki Kino de la Universidad de Kogakuin, coordinador de las observaciones de EAVN durante la campaña.

Los datos también muestran una variación significativa en el ángulo de posición de la asimetría del anillo (el llamado horizonte de eventos del agujero negro) y la posición del chorro, lo que sugiere una relación física entre estas estructuras en escalas muy diferentes.

"En la primera imagen obtenida durante la campaña de observación de 2018 se observó que la emisión a lo largo del anillo no era homogénea, presentando asimetrías (es decir, zonas más brillantes). Observaciones posteriores realizadas en 2018 y relacionadas con este trabajo confirmaron los datos, destacando que el ángulo de posición de la asimetría había cambiado", explica el investigador.