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| Al contrario de lo que indica su nombre, se sabe que los agujeros negros lanzan llamaradas de vez en cuando, pero la forma exacta en que esto ocurre está rodeada de misterio. Simulaciones de alta resolución han revelado ahora cómo la torsión de los campos magnéticos puede lanzar enormes cantidades de energía. |
Los agujeros negros supermasivos no emiten luz por sí mismos, pero se sabe que emiten llamaradas periódicamente. Estas llamaradas brillan desde el exterior del horizonte de sucesos de los agujeros negros supermasivos.
Los astrónomos observan con regularidad cómo los agujeros negros emiten bengalas, pero aún no se sabe cómo ocurre esto. Identificar dónde se forman las llamaradas en la anatomía de un agujero negro es increíblemente difícil. Los estudios anteriores que utilizaban potentes ordenadores solo podían simular sistemas de agujeros negros con una resolución demasiado baja para ver el mecanismo que impulsa las llamaradas.
Ahora, los astrofísicos de la Fundación Simons informan de que han resuelto este misterio. Utilizaron simulaciones por ordenador de una potencia y resolución sin precedentes para identificar el mecanismo que impulsa las llamaradas de los agujeros negros. Descubrieron que la energía liberada cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro durante la reconexión de las líneas de campo magnético impulsa las llamaradas.
Las nuevas simulaciones muestran que la interacción entre el campo magnético y el material que cae en el agujero negro hace que el campo se comprima, se aplane, se rompa y se vuelva a conectar. Ese ciclo acaba utilizando la energía magnética para lanzar partículas de plasma caliente a una velocidad cercana a la de la luz hacia el agujero negro o hacia el espacio. Esas partículas pueden entonces transmitir directamente una parte de su energía cinética en forma de fotones y dar un impulso energético a los fotones cercanos. Estos fotones energéticos constituyen las misteriosas llamaradas de los agujeros negros.
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| Un diagrama de las líneas de campo magnético (verde) retorciéndose y a punto de reconectarse en el punto de producir una llamarada. Crédito: B. Ripperda et al., Astrophysical Journal Letters 2022 |
En este modelo, el disco de material previamente infalible es expulsado durante las erupciones, limpiando la región alrededor del horizonte de sucesos. Esta limpieza podría dar a los astrónomos una visión sin obstáculos de los procesos habitualmente oscurecidos justo fuera del horizonte de sucesos.
El coautor del estudio, Bart Ripperda, becario postdoctoral conjunto del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron, en Nueva York, y de la Universidad de Princeton, declaró: "El proceso fundamental de reconexión de las líneas de campo magnético cerca del horizonte de sucesos puede aprovechar la energía magnética de la magnetosfera del agujero negro para impulsar llamaradas rápidas y brillantes. Aquí es donde realmente estamos conectando la física del plasma con la astrofísica".
La simulación que crearon los astrofísicos fue, con mucho, la de mayor resolución del entorno de un agujero negro jamás realizada, con más de 1.000 veces la resolución de los esfuerzos anteriores.
Gracias a la alta resolución, los científicos pudieron ver una imagen sin precedentes de los mecanismos que conducen a la erupción de un agujero negro. El proceso se centra en el campo magnético del agujero negro, que tiene líneas de campo magnético que salen del horizonte de sucesos del agujero negro, formando el chorro y conectándose al disco de acreción.
Las simulaciones también muestran cómo el campo magnético entre el material que fluye y los chorros del agujero negro se intensifica, apretando y aplanando las líneas de campo ecuatoriales. Esas líneas de campo se encuentran ahora en carriles alternativos que apuntan hacia el agujero negro o se alejan de él.
Cuando dos líneas que apuntan en direcciones opuestas se cruzan, pueden romperse, volver a conectarse y enredarse. Esta intersección crea una bolsa en el campo magnético llena de plasma caliente que cae en el agujero negro o se acelera hacia el espacio a velocidades tremendas. Esto sucede debido a la energía tomada del campo magnético en los chorros.
Según Ripperda, "sin la alta resolución de nuestras simulaciones, no se podría captar la subdinámica y las subestructuras. En los modelos de baja resolución, la reconexión no se produce, por lo que no hay ningún mecanismo que pueda acelerar las partículas".
El equipo también observó que la energía del campo magnético disminuye después de que el agujero negro estalla durante un tiempo, y el sistema se reinicia. Luego, con el tiempo, el proceso vuelve a empezar. Este mecanismo cíclico explica por qué los agujeros negros emiten llamaradas en horarios que van desde cada día hasta cada año.
Ripperda opina que "las observaciones del recién lanzado telescopio espacial James Webb, combinadas con las del telescopio Event Horizon, podrían confirmar si el proceso visto en las nuevas simulaciones está ocurriendo y si cambia las imágenes de la sombra de un agujero negro. Habrá que ver".
Fuentes, créditos y referencias:
B. Ripperda, M. Liska, K. Chatterjee, G. Musoke, A. A. Philippov, S. B. Markoff, A. Tchekhovskoy, Z. Younsi. Black Hole Flares: Ejection of Accreted Magnetic Flux through 3D Plasmoid-mediated Reconnection. The Astrophysical Journal Letters, 2022; 924 (2): L32 DOI: 10.3847/2041-8213/ac46a1