Aunque vivimos en un vasto universo tridimensional, los objetos celestes vistos a través de un telescopio parecen planos porque todo está muy lejos. Ahora, por primera vez, los astrónomos han medido la forma tridimensional de una de las galaxias elípticas más grandes y cercanas a nosotros, M87. Esta galaxia resulta ser "triaxial" o con forma de patata. Esta visión estéreo fue posible gracias a la combinación del poder del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Observatorio W. M. Keck con base en tierra en Maunakea, Hawai.

En la mayoría de los casos, los astrónomos deben usar su intuición para descubrir las verdaderas formas de los objetos del espacio profundo. Por ejemplo, toda la clase de galaxias enormes llamadas "elípticas" parecen manchas en las imágenes. Determinar la verdadera forma de las galaxias elípticas gigantes ayudará a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman las galaxias grandes y sus grandes agujeros negros centrales.

Los científicos hicieron el gráfico en 3D midiendo los movimientos de las estrellas que pululan alrededor del agujero negro central supermasivo de la galaxia. El movimiento estelar se utilizó para proporcionar nuevos conocimientos sobre la forma de la galaxia y su rotación, y también proporcionó una nueva medida de la masa del agujero negro. El seguimiento de las velocidades y posiciones estelares permitió a los investigadores construir una vista tridimensional de la galaxia.

Los astrónomos de la Universidad de California, Berkeley, pudieron determinar la masa del agujero negro en el núcleo de la galaxia con gran precisión, estimándola en 5.400 millones de veces la masa del Sol. Las observaciones del Hubble en 1995 midieron por primera vez el agujero negro de M87, con 2.400 millones de masas solares, que los astrónomos dedujeron al medir la velocidad del gas que giraba alrededor del agujero negro. Cuando el Event Horizon Telescope, una colaboración internacional de telescopios terrestres, lanzó la primera imagen del mismo agujero negro en 2019, el tamaño de su horizonte de eventos completamente negro permitió a los investigadores calcular una masa de 6.500 millones de masas solares utilizando La teoría de la relatividad general de Einstein.

El modelo estéreo de M87 y la masa más precisa del agujero negro central podrían ayudar a los astrofísicos a conocer la velocidad de giro del agujero negro. "Ahora que conocemos la dirección de la rotación neta de las estrellas en M87 y tenemos una masa actualizada del agujero negro, podemos combinar esta información con los datos del Event Horizon Telescope para restringir el giro", dijo Chung-Pei Ma, investigador principal de UC Berkeley en la investigación.

Más de diez veces la masa de la Vía Láctea, M87 probablemente creció a partir de la fusión de muchas otras galaxias. Esa es probablemente la razón por la que el agujero negro central de M87 es tan grande: asimiló los agujeros negros centrales de una o más galaxias que tragó.

Ma, junto con la estudiante graduada de UC Berkeley Emily Liepold (autora principal del artículo publicado en Astrophysical Journal Letters) y Jonelle Walsh de la Universidad Texas A&M pudieron determinar la forma 3D de M87 gracias a un nuevo instrumento de precisión montado en el telescopio Keck II. Apuntaron a Keck a 62 ubicaciones adyacentes de la galaxia, mapeando los espectros de estrellas en una región de unos 70.000 años luz de diámetro. Esta región abarca los 3.000 años luz centrales donde la gravedad está dominada en gran medida por el agujero negro supermasivo. Aunque el telescopio no puede identificar estrellas individuales debido a la gran distancia de M87, los espectros pueden revelar el rango de velocidades para calcular la masa del objeto que orbitan.

"Es como mirar un enjambre de 100 mil millones de abejas", dijo Ma. "Aunque los estamos mirando desde la distancia y no podemos discernir abejas individuales, estamos obteniendo información muy detallada sobre sus velocidades colectivas".

Los investigadores tomaron los datos entre 2020 y 2022, así como mediciones anteriores del brillo estelar de M87 del Hubble, y las compararon con las predicciones de modelos informáticos sobre cómo se mueven las estrellas alrededor del centro de la galaxia de forma triaxial. El mejor ajuste a estos datos les permitió calcular la masa del agujero negro. "Conocer la forma 3D del 'enjambre de abejas' nos permitió obtener una medición dinámica más robusta de la masa del agujero negro central que gobierna las velocidades en órbita de las abejas", dijo Ma.

En la década de 1920, el astrónomo Edwin Hubble clasificó por primera vez las galaxias según sus formas. Las galaxias espirales de disco plano se pueden ver desde varios ángulos de proyección del cielo: de frente, oblicua o de canto. Pero las galaxias con "apariencia de manchas" fueron más problemáticas de caracterizar. A Hubble se le ocurrió el término elíptica. Solo podían clasificarse por lo grande que era la elipticidad. No tenían ningún polvo o gas aparente dentro de ellas para distinguirlas mejor. Ahora, un siglo después, los astrónomos tienen una mirada estereoscópica de una galaxia elíptica prototípica.