Crédito de imagen: JHU
Durante más de 30 años, los astrofísicos han creído que los agujeros negros pueden tragar la materia cercana y, como resultado, liberar una enorme cantidad de energía. Hasta hace poco, sin embargo, los mecanismos que acercan la materia a los agujeros negros no se han entendido bien, lo que deja a los investigadores desconcertados sobre muchos de los detalles del proceso.
Ahora, sin embargo, las simulaciones por computadora de los agujeros negros desarrollados por investigadores, incluidos dos en la Universidad Johns Hopkins, están respondiendo algunas de esas preguntas y desafiando muchas suposiciones comúnmente sostenidas sobre la naturaleza de este fenómeno enigmático.
“¿Solo recientemente han tenido miembros del equipo de investigación? ¿John Hawley y Jean-Pierre De Villiers, ambos de la Universidad de Virginia? creó un programa informático lo suficientemente potente como para rastrear todos los elementos de acreción en los agujeros negros, desde la turbulencia y los campos magnéticos hasta la gravedad relativista ", dijo Julian Krolik, profesor del Departamento de Física y Astronomía Henry A. Rowland de Johns Hopkins, y compañía. -líder del equipo de investigación. “Estos programas están abriendo una nueva ventana sobre la complicada historia de cómo la materia cae en los agujeros negros, revelando por primera vez cómo los campos magnéticos enredados y la gravedad de Einstein se combinan para exprimir un último estallido de energía de la materia condenada al encarcelamiento infinito en un negro agujero."
Cerca del borde exterior del agujero negro, donde se rompe la descripción newtoniana de la gravedad, las órbitas ordinarias ya no son posibles. En ese punto ? o eso se ha imaginado durante las últimas tres décadas? la materia se sumerge rápida, suave y silenciosamente en el agujero negro. Al final, según la imagen prevaleciente, ¿el agujero negro? excepto por ejercer su fuerza gravitacional? es un receptor pasivo de donaciones masivas.
Los primeros cálculos realistas del equipo sobre la materia que cae en los agujeros negros ha contradicho fuertemente muchas de estas expectativas. Muestran, por ejemplo, que la vida en las cercanías de un agujero negro es todo menos calma y tranquilidad. En cambio, los efectos relativistas que obligan a la materia a sumergirse hacia adentro magnifican los movimientos aleatorios dentro del fluido para crear perturbaciones violentas en la densidad, la velocidad y la intensidad del campo magnético, conduciendo ondas de materia y campo magnético de aquí para allá. Esta violencia puede tener consecuencias observables, según el codirector del equipo de investigación Hawley.
“Al igual que cualquier fluido que se haya agitado en turbulencia, la materia que se encuentra inmediatamente fuera del borde del agujero negro se calienta. Este calor adicional genera luz adicional que los astrónomos en la Tierra pueden ver ”, dijo Hawley. “Una de las características de los agujeros negros es que su salida de luz varía.
Aunque esto se conoce desde hace más de 30 años, no ha sido posible estudiar el origen de estas variaciones hasta ahora. Las variaciones violentas en el calentamiento? ahora visto como un subproducto natural de las fuerzas magnéticas cerca del agujero negro? ofrecen una explicación natural para el brillo siempre cambiante de los agujeros negros ".
Una de las propiedades más llamativas de un agujero negro es su capacidad para expulsar chorros a una velocidad cercana a la de la luz. Si bien se esperaba desde hace tiempo que los campos magnéticos son cruciales para este proceso, las últimas simulaciones muestran por primera vez cómo se puede expulsar un campo del gas acumulador para crear dicho chorro.
Quizás el resultado más sorprendente de las nuevas simulaciones por computadora del equipo es que los campos magnéticos que se acercan a un agujero negro giratorio también acoplan el giro del agujero para que la materia orbita más lejos, de la misma manera que la transmisión de un automóvil conecta su motor giratorio al eje. Krolik dice: “Si un agujero negro nace girando extremadamente rápido, su 'tren de transmisión' puede ser tan poderoso que su captura de masa adicional hace que su rotación se ralentice. La acumulación de masa actuaría entonces como un "gobernador", imponiendo un límite de velocidad cósmica en los giros de los agujeros negros ".
Según Krolik, ese "gobernador" puede tener fuertes implicaciones para muchas de las propiedades más llamativas de los agujeros negros. Se cree ampliamente, por ejemplo, que la fuerza del chorro de un agujero negro está relacionada con su giro, por lo que un "límite de velocidad de giro" podría determinar una fuerza característica para los aviones, dijo Krolik.
Financiado por la National Science Foundation, esta investigación se publica en una serie de cuatro artículos en The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. Abril 2005 ApJ en prensa).) Las simulaciones se realizaron en el Centro de Supercomputadoras de San Diego, apoyado por NSF. El equipo de investigación también incluyó a Shigenobu Hirose, también de Johns Hopkins.
Fuente original: Comunicado de prensa de JHU
