Así es como los agujeros negros generan sus potentes chorros: astrónomos explican qué causa estas ráfagas de energía
Los chorros son enormes ráfagas de energía y materia en los polos de rotación de, por ejemplo, protoestrellas o agujeros negros. Astrónomos de Frankfurt han descubierto que los intensos campos magnéticos son en parte responsables de estos chorros.
Ya en 1918, el astrónomo estadounidense Heber Curtis observó un misterioso chorro que emanaba del centro de una galaxia distante. No fue hasta un siglo después que se supo con claridad lo que había visto: el chorro de alta energía del agujero negro supermasivo M87*.
Hoy en día, M87* se considera uno de los agujeros negros mejor estudiados de la historia. Fue el primero cuya sombra logró captar la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos en 2019, un hito en la astrofísica moderna. Sin embargo, cómo estos enormes chorros de energía y materia pudieron ser lanzados al espacio a lo largo de miles de años luz solo se ha explicado parcialmente.
El agujero negro M87* tiene una masa seis mil quinientos millones de veces mayor que la del Sol y se encuentra en el centro de la galaxia gigante Messier 87, en la constelación de Virgo.
Un equipo de investigación de la Universidad Goethe de Frankfurt, dirigido por el profesor Luciano Rezzolla, ha desarrollado un código numérico que describe cómo los agujeros negros convierten parte de su energía rotacional en chorros extremadamente rápidos.
El nuevo código, denominado Código de Partículas en Celdas de Frankfurt para el Espaciotiempo de Agujeros Negros (FPIC), modela los procesos físicos que ocurren en las inmediaciones de estos cuerpos celestes.
¿Cómo se originan los chorros?
Hasta ahora, el mecanismo de Blandford-Znajek ha sido la explicación predominante para estas ráfagas de energía. Según esta teoría, los chorros se generan por intensos campos magnéticos que extraen energía de la rotación del agujero negro y la convierten en radiación y plasma. Sin embargo, las simulaciones muestran que esto solo es parcialmente cierto.
— Dr. Filippo Camilloni, Instituto de Física Teórica, Universidad Goethe de Fráncfort
Durante la reconexión magnética, las líneas del campo magnético se rompen y se reconectan. En este proceso, la energía magnética almacenada se convierte explosivamente en calor, radiación y materia expulsada
En el plano ecuatorial del agujero negro, los cálculos mostraron una intensa actividad de reconexión, que dio origen a una cadena de plasmoides: burbujas de plasma compactas que se mueven a casi la velocidad de la luz. Esto, a su vez, produce partículas con energía negativa, que impulsan los chorros y otros fenómenos de energía extremadamente alta.
"Nuestro trabajo nos permite demostrar cómo se extrae la energía de los agujeros negros en rotación y se canaliza en chorros, explica Rezzolla. "Esto nos ayudará a comprender mejor las enormes luminosidades de los núcleos galácticos activos y la aceleración de partículas a casi la velocidad de la luz".
Cálculos complejos
Se necesitaron millones de horas de computación en la supercomputadora Goethe de Frankfurt y en la supercomputadora Hawk de Stuttgart, para simular con precisión el movimiento de partículas cargadas y la evolución de los campos electromagnéticos en el espaciotiempo altamente curvado.
– Dr. Claudio Meringolo, Instituto de Física Teórica, Universidad Goethe de Frankfurt, desarrollador principal del código
Los investigadores tuvieron que resolver simultáneamente las ecuaciones de Maxwell y la teoría general de la relatividad de Einstein, lo que representó un enorme desafío computacional.
"Más allá del logro técnico, los resultados representan un triunfo científico para los investigadores". "Es increíblemente emocionante poder utilizar códigos numéricos sofisticados para comprender lo que sucede cerca de un agujero negro", dice Rezzolla. Pero es aún más gratificante explicar los resultados con matemáticas rigurosas, como hemos hecho en nuestro trabajo”.
Referencia de la noticia
Meringolo, S., Camilloni, F., & Rezzolla, L. (2025): Electromagnetic Energy Extraction from Kerr Black Holes: Ab-Initio Calculations. Astrophysical Journal Letters.