El telescopio del horizonte de sucesos (EHT) observa el origen del chorro del cuásar 3C 279

Por Francisco R. Villatoro, el 8 abril, 2020. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 11

El cuásar 3C 279 se encuentra en la Constelación de Virgo, como la galaxia M87; por ello se usó para calibrar las observaciones del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). Se publica en Astronomy & Astrophysics  el análisis científico de las imágenes de la región central del agujero negro supermasivo del cuásar 3C 279 que muestra el origen de su chorro relativista. Se observa una torsión a la salida del chorro que cambia durante los cuatro días de observación en abril de 2017; asumiendo que la torsión es relativa al polo del disco de acreción desde donde se eyecta el chorro, sería debida a la rotación del disco de acreción.

El artículo es Event Horizon Telescope (J. -Y Kim et al.), «Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution,» Astronomy & Astrophysics (07 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037493; más información divulgativa en «Something is Lurking in the Heart of Quasar 3C 279,» Event Horizon Telescope, 07 Apr 2020. Por cierto, también se ha publicado otro artículo similar sobre el cuásar 3C 273, que es más cercano (z = 0.158), D.-W. Kim, S. Trippe, E. V. Kravchenko, «Investigating the connection between gamma-ray activity and the relativistic jet in 3C 273 during 2015-2019,» Astronomy & Astrophysics (23 Mar 2020), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037474.

El chorro relativista de 3C 279 se mueve a más del 99.5% de la velocidad de la luz en el vacío (c). Como apunta en dirección hacia la Tierra, su velocidad aparente es superlumínica, ∼ 15 c y ∼ 20 c (es decir, ∼ 1.3 y ∼ 1.7 µas/día) para las dos regiones brillantes  más cercanas al horizonte de sucesos. Esta llamativa ilusión óptica no nos debe confundir. Lo más asombroso es que la observación con EHT, vía interferometría de muy larga base a nivel global a 1.3 mm (230 GHz), alcanza una resolución angular de ∼ 20 µas; para un desplazamiento al rojo de z=0.536 correponde a ∼ 0.13 pc ∼ 1700 radios de Schwarzschild del agujero negro supermasivo de unas 800 millones de masas solares. Un resultado fascinante que demuestra el enorme interés astronómico de EHT para estudiar fenómenos astrofísicos asociados a agujeros negros supermasivos.

Las noches del 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, tras observar M87*, se aprovechó para observar 3C 279 (cuya imagen varía en escalas de minutos). Realizaron la observación 6 radiotelescopios: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder Experiment telescope (APEX), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), IRAM 30 m Telescope (PV), Submillimeter Telescope Observatory (SMT), James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Submillimeter Array (SMA), and South Pole Telescope (SPT).

Se han usado tres algoritmos de análisis de los datos que se usaron para la imagen de M87* (eht-imaging, SMILI y DIFMAP). Los resultados son coherentes entre sí. La imagen del chorro se divide en regiones llamadas C0 y C1, cada una de ellas dividida en tres subregiones C0-0, C0-1 y C0-2, y C1-0, C1-1 y C1-2. La cinemática del origen del chorro, las velocidades relativas de estas subregiones tomando cualquiera de ellas como referencia, permite estudiar su dinámica. Así se observa la existencia de una torsión cuyo origen se asume en la rotación del disco de acreción. Futuras simulaciones por ordenador tendrán que clarificar los detalles de este resultado.

En esta figura se indican las regiones C0 (βapp ∼ 20 c) y C1 (βapp ∼ 13–15 c) en la imagen del 11 de abril (abajo a la derecha); ambas se dividen en tres subregiones. La subregión más brillante de C0 no es C0-0, sino o bien C0-1, o bien C0-2, dependiendo del día de observación. Así se considera que C0-0 es la subregión más cercana al disco de acreción (el llamado núcleo de 3C 279). La separación angular entre las regiones C0-1 y C0-2 es pequeña (∼ 12−17 µas ∼ 0.08−0.11 pc proyectados) por lo que se asume que tienen el mismo factor de Lorentz (velocidad real), pero se observan con ángulos diferentes (así hay una velocidad relativa entre ambos); así se vería C0-2 con un ángulo de θ ∼ 2.9º, y C0-1 con o bien ∼ 1.5º, o bien ∼ 5.5º. Las tres subregiones de C1 tienen una posición angular respecto a C0-0 en el rango ∼ −(173º−178º).

En resumen, la imagen VLBI de EHT a 1.3 mm del blázar 3C 279 alcanza una resolución de 20 µas. Se observan variaciones en la imagen asociadas al movimiento propio de los constituyentes del chorro relativista. Todo indica que los intensos campos magnéticos en el disco de acreción aceleran los electrones que emitan la radiación sincrotrón observada. Para entender en detalle las imágenes obtenidas se necesitan futuros estudios que simulen mediante superordenadores la magnetohidrodinámica del disco de acreción. Habrá que estar al tanto de los progresos en esta línea.



11 Comentarios

  1. De estas cosas que te dejan con la boca abierta mientras un cosquilleo te sube por la espalda.

    Gracias Francis por traernos estos artículos.

  2. Es increíble lo que la ciencia es capaz de lograr. En el interior de esa imagen brillante y «borrosa» obtenida por el EHT se encuentra el objeto más extraño y fascinante del Universo. Creo que se puede decir con seguridad que nadie sabe realmente que es un agujero negro ni que sucede en su interior. El AN está causalmente desconectado de nuestro Universo pero el horizonte de eventos no es un borde «físico» perfectamente definido. La física moderna considera estos «monstruos» desde diferentes perspectivas y sus descripciones matemáticas contienen los fenómenos físicos más extraños que la mente humana es capaz de imaginar: fenómenos no locales, fronteras acausales, complementariedad, agujeros de gusano, agujeros blancos, intercambio entre coordenadas espaciales y temporales, cantidades inimaginables de microestados, superposición de geometrías, singularidades temporales, dimensiones ocultas, holografía,fuzzballs, firewalls, configuraciones de D-branas… A primera vista parece una lista de fenómenos demasiado exóticos y especulativos pero, aunque algunos probablemente sean solo «artificios matemáticos» otros ya se sabe que son reales y otros muy probables… ¿Cuales de todos estos fenómenos suceden en realidad? ¿Que nuevos fenómenos físicos se esconden en su interior? ¿Estamos cerca de obtener una respuesta? ¿Puede la Física-Matemática obtener una respuesta? Sea como sea, está claro que merece la pena buscarla…

  3. Francis Que quieres decir con una velocidad aparente superluminica? Pensaba que la invarianza de Lorentz impediria que las velocidades se sumasen alcanzando c > 1. O es un efecto optico por la rotacion de la Tierra. Entiendo que el efecto seria solo por la rotacion y no por la traslacion?

    Gracias

    1. Javier, la velocidad de la energía (y de la información, y de la materia, y de …) no puede superar la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, la velocidad de fase (por ejemplo, la imagen de un objeto) puede ser mayor (se habla de «velocidad aparente»).

      Un ejemplo muy sencillo; imagina que apuntas con un láser a la Luna y recorres su diámetro desde la Tierra moviendo ligeramente el ángulo del láser; si el láser llegara a la Luna, el punto brillante allí aparentaría moverse más rápido que la luz sobre la superficie lunar visto desde la Tierra; pero es obvio que ningún objeto físico se ha movido más rápido que la luz en este ejemplo (y que este experimento mental no es realizable en la práctica).

    2. Javier:

      Es correcto, ningún objeto físico puede moverse a velocidades superiores a la luz en el vacío. El punto aquí es que la velocidad aparente de un objeto no es la velocidad de propagación de ninguna señal física, luego no hay paradoja.

      Para que la velocidad aparente de un objeto pueda ser mayor que la velocidad de la luz respecto a un observador estacionario, se requiere que dicho objeto tenga una componente de velocidad apuntando en dirección al observador (como el caso del chorro relativista de esta entrada) y otra componente transversal a la primera; el chorro emitido por cuásar apunta en dirección a la tierra, sin embargo no lo hace exactamente , de manera que existe un pequeño ángulo de desviación del chorro respecto de la línea que conecta a la tierra con el cuásar; esto trae como consecuencia la aparición de una componente aparente transversal (respecto de la línea cuásar-tierra) de la velocidad del chorro respecto de la tierra. Es fácil derivar una fórmula para la velocidad transversal aparente ( https://en.wikipedia.org/wiki/Superluminal_motion#Derivation_of_the_apparent_velocity ) como v_T = v sen(θ)/(1- βcosθ), derive usted casos en los que v_T supera la velocidad de la luz.

      -El siguiente video es muy gráfico y explica con gran claridad (y un ejemplo astrofísico real) como es posible que la velocidad aparente de un objeto sea mayor que la velocidad de la luz (atención con el ejemplo del apuntador láser que es la herramienta didáctica con la que se suele explicar esta «paradoja» en los libros de texto) https://www.youtube.com/watch?v=IsEDigUHsOQ

      -Un pequeño párrafo que da un ejemplo muy simple de velocidad aparente superlumínica: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/Superluminal/superluminal.html

      -Un experimento mental muy interesante sobre una situación de velocidad superlumínica (en la respuesta más votada) https://physics.stackexchange.com/questions/107149/apparent-velocity-of-an-approaching-object

      Saludos.

    1. Julio:

      Esto no es ciencia, no tiene sentido alguno. ¿Postular un mundo de partículas superlumínicas para explicar el «no determinismo» de la mecánica cuántica?.

      La mecánica cuántica no tiene incompatibilidad alguna con la relatividad especial, la teoría cuántica de campos es el marco conceptual que las unifica y que ostenta el título del paradigma más preciso que ha descubierto la humanidad. La mecánica cuántica no es ni incompleta, ni inconsistente, ni nada por el estilo.

      Las conclusiones del artículo son de risa. El cambio de signo en la signatura de métrica entre interior y el exterior de un agujero negro estacionario en coordenadas de Schwarzshild, ni es un problema, ni requiere introducir un «nuevo sector superlumínco» para explicar. Parece que los autores no entienden el concepto de «coordenadas locales».

      No le recomiendo que haga caso de estas cosas. Siento ser políticamente incorrecto, pero hay cosas que no se pueden decir de otro modo: Todo intento de explicar la «extrañeza» de la mecánica cuántica con una teoría clásica subyacente es basura.

      Una pena.

  4. Las apariencias engañan: Nada es mas rápido que «c». Un equipo en ALMA a descrito que el fenómeno no es mas que una ilusión óptica ya que la fuente rota en la linea de vision de vista e interactúa en forma de onda de choque con el medio inter estelar.El Chorro es super colimado por los gigantescos campos magnéticos del disco rotatorio, produciendo una torsión del mismo en forma perpendicular a este.
    La física interior dentro de los Agujeros negros, no esta todavía descrita por ninguna ecuación de Ordenador o mente humana. CERN y otros aceleradores no han dado Luz de que naturaleza opera o funciona a niveles de energías solo presentes en el Big Bang. Ya son 40 años de teorías de Cuerdas, M branas y otras yerbas pero seguimos ciegos con respecto a lo que Einstein le dijo a Bohr : » ¿Estas seguro Niels? «

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