El Telescopio del Horizonte de Sucesos ya ha medido el tamaño y la forma de la radiación alrededor de M87*, pero el espín del agujero negro y las propiedades del plasma junto al horizonte siguen siendo inciertos. La principal dificultad radica en que la temperatura de los electrones depende de microfísica que las simulaciones globales no capturan. En torno a este problema se han acumulado trabajos sobre la sombra, el anillo y la polarización, aunque el índice espectral como herramienta de diagnóstico se ha utilizado poco. Este trabajo se distingue porque investiga sistemáticamente la variabilidad de los mapas espectrales, y no solo sus valores medios.
Los autores tomaron un conjunto de simulaciones tridimensionales de discos de acreción magnetizados con retardo magnético del código EBHLIGHT para cinco valores de espín: -0.9375, -0.5, 0, 0.5, 0.9375. Cada simulación contenía 500 instantáneas con un paso de 10M, lo que dio 240 000 imágenes tras el posprocesamiento. La radiación se calculó con el código IPOLE mediante trazado de rayos a lo largo de geodésicas, teniendo en cuenta la emisión sincrotrón, la absorción y la rotación de Faraday. Los electrones se describieron bien con una distribución térmica de Maxwell-Jüttner, bien con una distribución no térmica kappa con índice fijo 4.25. La temperatura de los electrones se fijó a través de su relación con la temperatura de los protones, con parámetros R_low y R_high. Para cada par de frecuencias se construyeron mapas del índice espectral y se calcularon su media y su desviación estándar.
Los modelos térmicos con R_low=10 muestran una variabilidad del índice espectral mucho más intensa que los modelos con R_low=1, independientemente del rango de frecuencias. Los modelos no térmicos con distribución kappa exhiben una variabilidad aún más débil debido a la contribución de la cola de ley de potencias con inclinación fija. El anillo de fotones destaca por un índice espectral más alto, a menudo cercano a cero o positivo, mientras que las regiones externas caen a valores negativos de hasta -3 en los modelos térmicos. La comparación con el índice espectral integral medido de -0.30 (+0.56/-0.11) entre 86 y 230 GHz descarta parte de los modelos, por ejemplo los térmicos con (a*=0.9375, R_low=10, R_high=10 o 40) debido a un tamaño demasiado compacto.
El trabajo se diferencia de investigaciones vecinas en que por primera vez vincula sistemáticamente la variabilidad del índice espectral con los parámetros de la distribución de electrones. Mientras que los trabajos cercanos se centraban en la forma de la sombra o en la polarización, aquí se demuestra que las futuras películas del EHT podrán distinguir entre modelos térmicos y no térmicos por la amplitud de las fluctuaciones de la pendiente espectral. Esto abre un nuevo canal de verificación de la microfísica de los flujos de acreción, que antes no se utilizaba.
El tema puede avanzar hacia la consideración de distribuciones anisotrópicas de electrones, un índice kappa variable y modelos de calentamiento más realistas. El siguiente paso será comparar las predicciones con datos reales de la campaña cinematográfica del EHT de 2026, cuando aparezcan las primeras series temporales de imágenes en varias frecuencias. Esto permitirá imponer restricciones directas sobre el espín y los parámetros del plasma.
Los resultados influirán en la interpretación de las observaciones del Telescopio del Horizonte de Sucesos y de futuras campañas multifrecuencia, así como en el modelado de discos de acreción en otros núcleos activos de galaxias.
Es necesario realizar una comparación con datos reales de la campaña de 2026 y ampliar la malla de modelos con distribuciones anisotrópicas y un índice kappa variable.
El trabajo está directamente relacionado con el problema no resuelto de determinar el espín del agujero negro y el mecanismo de calentamiento de los electrones en los flujos de acreción. Muestra que la variabilidad del índice espectral puede convertirse en una nueva herramienta para distinguir modelos, algo que hasta ahora era un punto débil en la astrofísica de agujeros negros.
El anillo de fotones de M87* tiene un índice espectral cercano a cero, mientras que las regiones externas pueden alcanzar -3, lo que implica un cambio brusco en las propiedades de la radiación en una escala de apenas unos pocos radios gravitacionales.