Les observacions de diversos anys fetes amb l’Event Horizon Telescope capten patrons de polarització canviants en un forat negre supermassiu de la galàxia M87 i detecten emissions a 230 GHz prop de la base del seu raig.

Els algoritmes matemàtics que converteixen les dades de l’EHT en imatges han estat desenvolupats per l’investigador de la Universitat de les Illes Balears Alejandro Mus. 

La col·laboració de l’Event Horizon Telescope (EHT) ha presentat noves i detallades imatges del forat negre supermassiu al centre de la galàxia M87 —conegut com a M87*— que revelen un entorn dinàmic amb patrons de polarització canviants prop del forat negre. A més, els científics han trobat en les dades de l’EHT els primers indicis de l’emissió estesa del doll prop de la base del mateix doll, que connecta amb l’anell al voltant d’M87.

Aquestes noves observacions, publicades a la revista Astronomy & Astrophysics el 16 de setembre, ofereixen noves perspectives sobre com la matèria i l’energia es comporten en els entorns extrems que envolten els forats negres.

L’investigador Alejandro Mus, professor ajudant doctor del Departament de Ciències Matemàtiques i Informàtica i membre del grup d’R+D+I consolidat de Soft Computing, Processament d'Imatges i Agregació (SCOPIA) de la Universitat de les Illes Balears, ha contribuït a aquest descobriment desenvolupant els algoritmes matemàtics complexos que converteixen les dades de l’EHT en imatges.

Canvis en el camp magnètic d’M87

Situada a uns 55 milions d’anys llum de la Terra, M87 acull un forat negre supermassiu amb més de sis mil milions de vegades la massa del Sol. L’EHT, una xarxa global de radiotelescopis que actua com un observatori de la mida de la Terra, va capturar per primera vegada la imatge icònica de l’ombra del forat negre de M87* l’any 2019. Ara, comparant observacions de 2017, 2018 i 2021, els científics han fet un pas més per descobrir com canvien els camps magnètics prop del forat negre al llarg del temps.

«El més remarcable és que, mentre que la mida de l’anell s’ha mantingut constant al llarg dels anys —confirmant l’ombra del forat negre predita per la teoria d’Einstein—, el patró de polarització canvia de manera significativa», assegura Paul Tiede, astrònom del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i coautor principal del nou estudi. «Això ens diu que el plasma magnetitzat que gira prop de l’horitzó d’esdeveniments està lluny de ser estàtic; és dinàmic i complex, i posa els nostres models teòrics al límit», afegeix.

«Any rere any, millorem l’EHT —amb més telescopis i instrumentació renovada, noves idees per a exploracions científiques i nous algorismes per treure més profit de les dades», afegeix el coautor Michael Janssen, professor ajudant a la Universitat Radboud de Nimega i membre del consell científic de l’EHT. «En aquest estudi, tots aquests factors han confluït de manera magnífica en nous resultats científics i noves preguntes, que sens dubte ens mantindran ocupats durant molts més anys.»

Canvis en el patró de polarització

Entre 2017 i 2021, el patró de polarització va canviar de direcció. El 2017, els camps magnètics semblaven girar en una direcció; el 2018 es van estabilitzar; i el 2021 es van invertir, girant en la direcció oposada. Alguns d’aquests canvis aparents en la direcció de rotació de la polarització podrien estar influïts per una combinació d’estructura magnètica interna i efectes externs, com una pantalla de Faraday. Els efectes acumulatius d’aquests canvis de polarització en el temps suggereixen un entorn evolutiu i turbulent, on els camps magnètics tenen un paper fonamental en governar com cau la matèria dins del forat negre i com l’energia és projectada cap enfora[MG1] .

«El fet que el patró de polarització canviés de direcció entre 2017 i 2021 va ser totalment inesperat», explica Jongho Park, astrònom de la Universitat de Kyung Hee i col·laborador del projecte. «Això desafia els nostres models i mostra que encara hi ha moltes coses que no entenem prop de l’horitzó d’esdeveniments.»

Un element clau és que les observacions de l’EHT de 2021 van incloure dos nous telescopis —Kitt Peak a Arizona i NOEMA a França—, que van millorar la sensibilitat i la claredat de la imatge de la xarxa. Això va permetre als científics restringir, per primera vegada amb l’EHT, la direcció de l’emissió de la base del raig relativista de M87* —un feix estret de partícules energètiques expulsades del forat negre gairebé a la velocitat de la llum. Les millores al Greenland Telescope i al James Clerk Maxwell Telescope van perfeccionar encara més la qualitat de les dades del 2021.

«La millora en el calibratge ha suposat un augment extraordinari en la qualitat de les dades i en el rendiment de la xarxa, amb noves línies de base curtes —entre NOEMA i el telescopi de 30 m de l’IRAM, i entre Kitt Peak i SMT— que ofereixen les primeres restriccions sobre l’emissió feble de la base del raig», va dir Sebastiano von Fellenberg, investigador postdoctoral al Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) de la Universitat de Toronto, i també al Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), que es va centrar en el calibratge del projecte. «Aquest salt en sensibilitat també millora la nostra capacitat de detectar senyals subtils de polarització.»

Des de la Universitat de les Illes Balears, el doctor Alejandro Mus afegeix que «Kitt Peak i NOEMA han fet que els nostres algorismes tinguin més informació i puguin obtenir solucions més precises».

Un laboratori a l’espai sobre l’evolució de les galàxies

Els dolls (jets, en anglès) com el de M87* tenen un paper crucial en l’evolució de les galàxies, regulant la formació estel·lar i distribuint energia a escales enormes. Emetent a través de tot l’espectre electromagnètic —incloent-hi raigs gamma i neutrins—, el potent doll de M87* proporciona un laboratori únic per estudiar com es formen i s’originen aquests fenòmens còsmics. Aquesta nova detecció ofereix una peça vital del trencaclosques.

«Aquests resultats mostren com l’EHT s’està convertint en un observatori científic complet, capaç no només d’oferir imatges sense precedents, sinó també de construir una comprensió progressiva i coherent de la física dels forats negres», afirma Mariafelicia De Laurentis, professora d’astronomia a la Universitat de Nàpols Federico II i científica del projecte EHT. «Cada nova campanya amplia el nostre horitzó, des de la dinàmica del plasma i els camps magnètics fins al paper dels forats negres en l’evolució còsmica. És una demostració concreta del potencial científic extraordinari d’aquest instrument».

A mesura que la col·laboració de l’Event Horizon Telescope continua expandint les seves capacitats d’observació, aquests nous resultats il·luminen l’entorn dinàmic que envolta M87* i aprofundeixen en la comprensió científica de la física dels forats negres.

Referència bibliogràfica

The Event Horizon Telescope Collaboration. Horizon-scale variability of from 2017--2021 EHT observations. Astronomy & Astrophysics, 2025. DOI: 10.1051/0004-6361/202555855

URL:  https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202555855

Data de l'esdeveniment: 16/09/2025

Data de publicació: Tue Sep 16 09:00:00 CEST 2025