Cien años antes de que la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos publicara la primera imagen de un agujero negro en 2019, ubicado en el corazón de la galaxia M87, el astrónomo Heber Curtis ya había descubierto un extraño chorro que sobresalía del centro de la galaxia. Hoy sabemos que se trata del chorro del agujero negro M87*. Otros agujeros negros también emiten chorros similares. Astrofísicos teóricos de la Universidad Goethe han desarrollado un código numérico para describir con gran precisión matemática cómo los agujeros negros transforman su energía rotacional en estos chorros ultrarrápidos.
Los hallazgos se publican en The Astrophysical Journal Letters.
Durante casi dos siglos, no estuvo claro que el punto brillante en la constelación de Virgo, que Charles Messier describió en 1781 como «87: Nebulosa sin estrellas», fuera en realidad una galaxia muy grande. Por lo tanto, inicialmente no existía explicación para el extraño chorro descubierto en 1918 que emergía del centro de esta «nebulosa».
En el corazón de la galaxia gigante M87 se encuentra el agujero negro M87, que contiene la asombrosa cantidad de seis mil quinientos millones de masas solares y gira rápidamente sobre su eje. Utilizando la energía de esta rotación, M87 impulsa un chorro de partículas expulsado a casi la velocidad de la luz, que se extiende a lo largo de unos inmensos 5.000 años luz. Estos chorros también son generados por otros agujeros negros en rotación. Contribuyen a dispersar energía y materia por el universo y pueden influir en la evolución de galaxias enteras.
Un equipo de astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt, dirigido por el profesor Luciano Rezzolla, ha desarrollado un código numérico, denominado Código de Partículas en Celda de Frankfurt para Espacio-Tiempos de Agujeros Negros (FPIC), que describe con gran precisión los procesos que convierten la energía rotacional en un chorro de partículas.
El resultado: Además del mecanismo de Blandford-Znajek, considerado hasta ahora responsable de la extracción de energía rotacional del agujero negro mediante intensos campos magnéticos, los científicos han revelado que otro proceso interviene en la extracción de energía: la reconexión magnética. En este proceso, las líneas de campo magnético se rompen y se reensamblan, lo que provoca la conversión de energía magnética en calor, radiación y erupciones de plasma.
El código FPIC simuló la evolución de un gran número de partículas cargadas y campos electromagnéticos extremos bajo la influencia de la fuerte gravedad del agujero negro. El Dr. Claudio Meringolo, principal desarrollador del código, explica: «Simular estos procesos es crucial para comprender la compleja dinámica de los plasmas relativistas en espacio-tiempos curvos cerca de objetos compactos, que se rigen por la interacción de campos gravitacionales y magnéticos extremos».
Las investigaciones requirieron simulaciones de supercomputadoras altamente exigentes que consumieron millones de horas de CPU en las supercomputadoras «Goethe» de Frankfurt y «Hawk» de Stuttgart. Esta gran potencia de cálculo fue esencial para resolver las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones de movimiento de electrones y positrones, según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.
En el plano ecuatorial del agujero negro, los cálculos de los investigadores revelaron una intensa actividad de reconexión, lo que condujo a la formación de una cadena de plasmoides (una condensación de plasma en «burbujas» energéticas) que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. Según los científicos, este proceso va acompañado de la generación de partículas con energía negativa que se utilizan para impulsar fenómenos astrofísicos extremos como chorros y erupciones de plasma.
«Nuestros resultados abren la fascinante posibilidad de que el mecanismo de Blandford-Znajek no sea el único proceso astrofísico capaz de extraer energía rotacional de un agujero negro», afirma el Dr. Filippo Camilloni, quien también colaboró en el proyecto FPIC, «sino que la reconexión magnética también contribuye».
«Con nuestro trabajo, podemos demostrar cómo se extrae eficientemente la energía de los agujeros negros en rotación y se canaliza hacia chorros», concluye Rezzolla. Esto nos permite ayudar a explicar la luminosidad extrema de los núcleos galácticos activos, así como la aceleración de partículas a velocidades cercanas a la de la luz.
Añade que es increíblemente emocionante y fascinante comprender mejor lo que ocurre cerca de un agujero negro mediante sofisticados códigos numéricos. «Al mismo tiempo, es aún más gratificante poder explicar los resultados de estas complejas simulaciones con un riguroso tratamiento matemático, como lo hemos hecho en nuestro trabajo».
Con información de The Astrophysical Journal Letters
Compártelo:
Descubre más desde SKYCR.ORG: NASA, exploración espacial y noticias astronómicas
Suscríbete y recibe las últimas entradas en tu correo electrónico.
