Las fronteras de los agujeros negros siempre se han considerado uno de los lugares más enigmáticos y turbulentos del Universo. Aquí, la materia se enfrenta a fuerzas inimaginables y la radiación se libera con tal intensidad que puede frenar el flujo de material que se precipita al abismo. Hasta hace poco, los científicos solo podían especular sobre lo que realmente ocurre en estas condiciones extremas, ya que los modelos matemáticos solían simplificar la realidad en favor de la capacidad de cálculo.
Sin embargo, un equipo de investigadores del Flatiron Institute (EE.UU.) ha logrado un avance, creando las simulaciones más detalladas hasta la fecha sobre el comportamiento de la materia en los agujeros negros de masa estelar. Para ello, combinaron datos de observación con la potencia de dos superordenadores, modelando cómo el gas, la luz y los campos magnéticos interactúan cerca del horizonte de sucesos. Por primera vez, fue posible dejar de lado antiguas simplificaciones y examinar los procesos en toda su complejidad real.
Nuevos horizontes
Los cálculos revelaron que el disco de gas en torno a un agujero negro de rotación rápida se vuelve más denso hacia el centro, mientras que de sus profundidades emerge un potente chorro de materia dirigido por campos magnéticos. Este resultado coincidió plenamente con las observaciones de distintos tipos de agujeros negros, incluidos aquellos millones de veces más masivos que el Sol. Pero para los objetos de masa estelar, que aún no pueden ser fotografiados directamente, estas simulaciones se han convertido en una auténtica ventana a un mundo invisible.
Los investigadores descubrieron que, a medida que la materia se acumula, el agujero negro forma un grueso disco de acreción que absorbe la mayor parte de la radiación. En lugar de emitir luz como se esperaba, la energía se canaliza hacia potentes vientos y chorros que emergen al exterior. Dentro del disco se genera un canal estrecho por el que la materia se precipita hacia el horizonte de sucesos a una velocidad sorprendente, mientras que un haz de radiación escapa al exterior, visible solo desde ciertos ángulos de observación.
El papel de los campos magnéticos
Los científicos prestaron especial atención a la influencia de los campos magnéticos. Se comprobó que estos determinan cómo el gas se desplaza hacia el agujero negro y cómo se forman los chorros y los vientos. La configuración del campo magnético puede modificar la naturaleza de la acreción, haciendo que los procesos sean más tranquilos o, por el contrario, explosivos e impredecibles.
A diferencia de los modelos anteriores, la nueva simulación incorpora todos los procesos físicos clave, incluido el comportamiento de los fotones en un espacio-tiempo curvado según la teoría general de la relatividad de Einstein. Esto permitió obtener resultados que no solo concuerdan con la teoría, sino que también explican muchos fenómenos enigmáticos observados por los astrónomos.
Mirando hacia el futuro
Ahora los científicos planean comprobar hasta qué punto su modelo es aplicable a otros tipos de agujeros negros, incluida la supermasiva Sagittarius A* situada en el centro de la Vía Láctea. Además, la nueva simulación podría ayudar a desentrañar la naturaleza de los llamados «pequeños puntos rojos», objetos que emiten menos rayos X de lo esperado.
Los autores del trabajo están convencidos de que muchos de los rasgos generales de su modelo también serán válidos para la acreción en agujeros negros supermasivos. Esto allana el camino para crear teorías universales capaces de explicar la evolución de las galaxias y el origen de los fenómenos cósmicos más potentes.
Tecnología y descubrimientos
La nueva simulación se basa en un algoritmo único que, por primera vez, permite calcular con precisión la radiación bajo las condiciones de la relatividad general. Este enfoque posibilita modelar no solo el movimiento del gas, sino también la interacción de la luz con la materia, lo que resulta fundamental para comprender los procesos cerca de los agujeros negros.
La investigación ya ha despertado gran interés en la comunidad científica. Se espera que sus resultados sirvan de base para nuevos programas de observación y ayuden a interpretar los datos obtenidos con los telescopios e interferómetros de radio más avanzados.
Por si no lo sabías, el Flatiron Institute es un centro científico líder en Estados Unidos, especializado en astrofísica computacional y modelización de procesos físicos complejos. Cuenta con algunos de los mejores expertos en simulaciones espaciales, cuyas investigaciones son empleadas por los principales observatorios del mundo. El instituto es reconocido por sus enfoques innovadores en el análisis de datos y el desarrollo de nuevos algoritmos para el estudio del universo.
