¿Otra forma de extraer energía de los agujeros negros?

El campo gravitatorio de un agujero negro en rotación es poderoso y extraño. Es tan poderoso que deforma el espacio y el tiempo sobre sí mismo, y es tan extraño que incluso conceptos simples como el movimiento y la rotación se ponen patas arriba. Comprender cómo se desarrollan estos conceptos es un desafío, pero ayudan a los astrónomos a entender cómo los agujeros negros generan una energía tan tremenda. Tomemos, por ejemplo, el concepto de arrastre de marcos.

Los agujeros negros se forman cuando la materia colapsa y se vuelve tan densa que el espacio-tiempo la encierra dentro de un horizonte de sucesos. Esto significa que los agujeros negros no son objetos físicos como están acostumbrados. No están hechos de materia, sino que son más bien una huella gravitatoria de dónde estaba la materia.

Lo mismo es cierto para el colapso gravitatorio de la materia en rotación. Cuando hablamos de un agujero negro en rotación, esto no significa que el horizonte de sucesos esté girando como un trompo, significa que el espacio-tiempo cerca del agujero negro está retorcido en un eco gravitatorio de la materia que alguna vez estuvo en rotación. Y ahí es donde las cosas se ponen raras.

Supongamos que arrojas una pelota en un agujero negro. No orbita ni rota, sino que simplemente cae directamente hacia abajo. En lugar de caer en línea recta hacia el agujero negro, la trayectoria de la pelota se desplazará hacia una trayectoria orbital a medida que cae, moviéndose alrededor del agujero negro cada vez más rápido a medida que se acerca. Este efecto se conoce como arrastre de marco. Parte de la «rotación» del agujero negro se transfiere a la pelota, aunque esta se encuentre en caída libre. Cuanto más cerca esté la pelota del agujero negro, mayor será el efecto.

Un artículo reciente publicado en el servidor de preimpresiones de arXiv muestra cómo este efecto puede transferir energía del campo magnético de un agujero negro a la materia cercana.

Los agujeros negros suelen estar rodeados por un disco de acreción de gas y polvo ionizados. A medida que el material del disco orbita alrededor del agujero negro, puede generar un campo magnético potente, que puede sobrecalentar el material. Si bien la mayor parte de la energía generada por este campo magnético es causada por el movimiento orbital, el arrastre de marcos puede agregar un impulso adicional.

Básicamente, el campo magnético de un agujero negro es generado por el movimiento en masa del disco de acreción. Pero gracias al arrastre de marcos, la parte interna del disco se mueve un poco más rápido de lo que debería, mientras que la parte externa se mueve un poco más lento. Este movimiento relativo entre ellos significa que la materia ionizada se mueve en relación con el campo magnético, creando una especie de efecto dinamo.

Gracias al arrastre de marcos, el agujero negro crea más energía electromagnética de la que cabría esperar. Si bien este efecto es pequeño para los agujeros negros de masa estelar, es lo suficientemente grande para los agujeros negros supermasivos como para que podamos ver el efecto en los cuásares a través de huecos en su espectro de potencia.

Con información de arXiv