Astrónomos de la Universidad de Warwick han descubierto que los agujeros negros no solo consumen materia, sino que la gestionan, eligiendo si la expulsan al espacio en chorros de alta velocidad o la arrastran con vientos intensos.
A menudo se imagina que todo lo que es atraído hacia un agujero negro es absorbido para siempre. Sin embargo, antes de cruzar el horizonte de sucesos —el punto de no retorno—, el material entrante forma un disco de acreción caliente y giratorio alrededor del agujero negro. Desde este disco, se expulsan cantidades sorprendentemente grandes de material de vuelta al espacio.
Los agujeros negros expulsan material del disco de acreción en dos flujos principales:
Chorros relativistas: haces de plasma estrechos y concentrados que salen disparados desde los polos del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, impulsados por los campos magnéticos y la rotación del agujero negro.
Vientos de rayos X: corrientes más amplias y lentas de gas altamente ionizado que se desprenden de la superficie del disco de acreción por la radiación y la presión magnética. Cómo y por qué se producen estos dos flujos de salida distintos, y si están conectados, ha sido durante mucho tiempo uno de los muchos enigmas de la astrofísica.
Un tira y afloja en el espacio
En un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Warwick ha presentado la primera evidencia observacional clara de que estos dos tipos de flujos de salida son mutuamente excluyentes. Cuando uno está activo, el otro desaparece, lo que demuestra que los agujeros negros no pueden tenerlo todo.
El Dr. Jiachen Jiang, profesor asociado de la Universidad de Warwick y autor principal del estudio, afirmó: «Estamos observando lo que podría describirse como un enérgico tira y afloja dentro del flujo de acreción del agujero negro. Cuando el agujero negro emite un chorro de plasma de alta velocidad, el viento de rayos X se calma, y cuando se reanuda, el chorro se desvanece». Esto nos revela algo fundamental sobre cómo los agujeros negros regulan su producción de energía e interactúan con su entorno.
El equipo se centró en el sistema de agujeros negros 4U 1630−472, que tiene unas diez veces la masa de nuestro Sol y experimenta erupciones periódicas al absorber material de una estrella compañera cercana.
Utilizando observaciones del telescopio de rayos X NICER de la NASA, a bordo de la Estación Espacial Internacional, y del radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica, los investigadores monitorizaron el agujero negro durante tres años. Estos datos mostraron que el agujero negro nunca produjo vientos y chorros intensos simultáneamente, pero que el disco de acreción y la cantidad de material entrante se mantuvieron constantes.
El primer autor, el Dr. Zuobin Zhang, asistente de investigación postdoctoral del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, añadió: «Nuestras observaciones proporcionan una clara evidencia de que los sistemas binarios de agujeros negros alternan entre chorros potentes y vientos energéticos, sin producir nunca ambos simultáneamente, lo que pone de relieve la compleja interacción y competencia entre las diferentes formas de flujos de salida de los agujeros negros».
Un agujero negro en equilibrio
Este comportamiento oscilante del agujero negro sugiere un mecanismo de autorregulación, en el que vientos y chorros compiten por el mismo suministro de energía o masa. Sorprendentemente, se descubrió que ambos tipos de flujos de salida transportaban cantidades comparables de masa y energía, lo que sugiere que, si bien la forma del flujo de salida cambia, la tasa total de flujo de salida permanece prácticamente constante.
El descubrimiento desafía varias suposiciones arraigadas sobre cómo se alimentan los flujos de salida. Indica que la alternancia entre vientos y chorros no se debe simplemente a cambios en la cantidad de material que el agujero negro está acretando, sino que podría depender de la configuración del campo magnético dentro del disco, un factor clave en la forma en que se libera energía.
En resumen, los agujeros negros no solo consumen materia, sino que la gestionan, decidiendo si la expulsan al espacio como un chorro concentrado o la arrastran con grandes vientos. El equilibrio entre vientos y chorros desempeña un papel vital en la regulación del crecimiento de los agujeros negros, la formación de estrellas en regiones cercanas y la evolución de galaxias enteras. Este «balancín cósmico» ofrece una nueva y poderosa ventana hacia la manera en que estos enigmáticos objetos dan forma al universo.
Con información de Nature
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