Las zonas fronterizas de los agujeros negros deberían ser espacios caóticos donde la velocidad a la que la materia es atraída hacia el olvido se ve frenada únicamente por la furia cegadora de la radiación que se derrama desde el borde de la oscuridad. Esta zona se considera inestable, propensa a erupciones, chorros y explosiones. Sin embargo, predecir estos eventos dinámicos puede ser complicado, ya que las descripciones matemáticamente precisas del espacio deformado y la física extrema circundante representan un desafío.
Un nuevo estudio de modelado dirigido por investigadores del Flatiron Institute en EE.UU. proporciona ahora las simulaciones más detalladas hasta la fecha de cómo los agujeros negros de masa estelar engullen y expulsan materia a diferentes velocidades. Fundamentalmente, el estudio no se basó en simplificaciones empleadas en modelos anteriores. Estos atajos eran necesarios previamente para posibilitar los cálculos, pero en este caso las simulaciones se basaron en datos mucho más complejos. Utilizando dos potentes supercomputadoras para combinar observaciones de estudios de flujos de acreción de agujeros negros con medidas de su giro y campo magnético, el equipo desarrolló un nuevo modelo que describe el movimiento del gas, la luz y el magnetismo alrededor de agujeros negros poco más grandes que nuestro propio Sol.
“Esta es la primera vez que hemos podido ver qué sucede cuando se incluyen con precisión los procesos físicos más importantes en la acreción de un agujero negro”, afirma el astrofísico Lizhong Zhang, del Instituto Flatiron.
“Estos sistemas son extremadamente no lineales: cualquier suposición demasiado simplificadora puede cambiar por completo el resultado”.
Las nuevas simulaciones se alinean con las observaciones de diversos tipos de sistemas de agujeros negros. Si bien ahora es posible obtener imágenes detalladas de agujeros negros supermasivos, aún es necesario analizar la luz de objetos más pequeños para que los astrónomos puedan cartografiar la distribución de su energía.
Al atraer suficiente material, demostraron los investigadores, los agujeros negros acumulan gruesos discos de acreción que absorben cantidades significativas de radiación, liberando la energía a través de vientos y chorros. Sus simulaciones de estos voraces agujeros negros también mostraron cómo se forma un embudo estrecho que absorbe material a velocidades sorprendentes y crea un haz de radiación saliente que solo puede observarse en ciertos ángulos de visión favorables. El equipo también descubrió que la configuración del campo magnético circundante puede desempeñar un papel importante en el comportamiento del agujero negro, ayudando a guiar el flujo de gas hacia su horizonte y nuevamente hacia afuera en forma de vientos y chorros.
“El nuestro es el único algoritmo que existe en este momento que proporciona una solución al tratar la radiación como realmente es en la relatividad general“, afirma Zhang.
La simulación incorpora la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe cómo las masas distorsionan el espacio y el tiempo, además de modelos detallados que cubren las leyes de la física que gobiernan el gas de plasma, los campos magnéticos y la forma en que la luz interactúa con la materia.
“Nuestros métodos capturan con precisión la propagación de fotones en el espacio-tiempo curvo y, cuando se acoplan al fluido, convergen a soluciones conocidas para ondas lineales y choques”, escriben los investigadores.
A continuación, los investigadores quieren ver si sus simulaciones también podrían aplicarse a otros tipos de agujeros negros, incluido el agujero negro supermasivo Sagitario A* en el centro de nuestra Vía Láctea.
También sugieren que sus simulaciones podrían ayudar a resolver el misterio de los recientemente descubiertos “pequeños puntos rojos”, que emiten menos radiación de rayos X de lo esperado.
“Si bien nuestros modelos utilizan opacidades apropiadas para agujeros negros de masa estelar, es probable que muchas características generales de nuestros resultados también se apliquen a la acreción en agujeros negros supermasivos”, escriben los investigadores.
La investigación ha sido publicada en The Astrophysical Journal.
Fuente: Science Alert.