Por fin sabemos cómo los agujeros negros crean la luz más brillante del universo

Los astrónomos saben cómo se producen los chorros de luz de algunos agujeros negros

Los agujeros negros son uno de los objetos más misteriosos del universo. Reciben su tétrico nombre porque ninguna radiación escapa de su interior, debido a su enorme gravedad. Sin embargo, los alrededores de los agujeros negros brillan, con material que cae en sus torsos y sale a borbotones de los agujeros hacia el espacio.

Parte de la materia que se dirige al agujero negro nunca caerá dentro. En cambio, algunas partículas son expulsadas hacia los flujos polares. Salen del agujero negro perpendiculares al plano del disco como borbotones. Los agujeros negros cuyos flujos de salida se dirigen directamente hacia la Tierra se denominan blazares. Son algunos de los objetos más brillantes del cielo. Y son los que han ayudado a los científicos a comprender mejor por qué brillan los agujeros negros.

Un telescopio único ha proporcionado una explicación

Durante décadas, los científicos se han preguntado cómo las partículas de las erupciones se aceleran a una velocidad cercana a la de la luz. El telescopio espacial Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), operado por la agencia estadounidense NASA, ha ayudado a los astrónomos a encontrar la respuesta. A partir del análisis de sus datos, los científicos han llegado a la conclusión de que la explicación de la aceleración de las partículas es una onda de choque en el interior de la llamarada.

El telescopio, lanzado en diciembre de 2021, proporciona un tipo especial de datos nunca antes disponibles. Estos nuevos datos se refieren a la polarización de la luz de rayos X. Por tanto, IXPE registra la dirección y la intensidad del campo de ondas luminosas que componen los rayos X. La información sobre la orientación del campo eléctrico en la luz de rayos X y el grado de polarización no está disponible para los telescopios en la Tierra porque la atmósfera de nuestro planeta absorbe los rayos X del espacio.

El telescopio IXPE observa un Blazar
El telescopio IXPE observando el blazar Markarian 501. La imagen del recuadro muestra partículas de alta energía (azul). Cuando las partículas chocan con una onda de choque (barra blanca), se acumulan y emiten rayos X al acelerarse. Después de alejarse de la explosión, emiten una luz de menor energía. Primero las visibles, luego las infrarrojas y, por último, las ondas de radio. Lejos de la descarga, las líneas de campo magnético son más caóticas, lo que provoca turbulencias en la corriente de partículas.

El telescopio IXPE observó el blazar Markarian 501, situado a 460 millones de años luz de la Tierra. Para ello, los científicos compararon sus observaciones con modelos informáticos que predicen el comportamiento de las llamaradas. “Hemos resuelto un misterio de 40 años. Por fin hemos encajado todas las piezas del rompecabezas, y la imagen que hemos obtenido es clara”, cita el sitio web de la NASA a Yannis Liodakis, del Centro Finlandés de Astronomía y autor principal de un estudio sobre las llamaradas de los blazares publicado en la revista Nature Astronomy.

¿Mezcla u orden?

Las partículas de luz (visible e invisible) del interior de los estallidos se producen cuando el material del disco se encuentra en las inmediaciones del horizonte de sucesos del agujero negro (el entorno que rodea al agujero negro y desde el que no se puede enviar ninguna señal). Estas partículas caen en el agujero negro a gran velocidad, y cuando algunas de ellas tienen que cambiar su trayectoria, por ejemplo debido a un campo magnético, irradian parte de su energía en forma de fotones, portadores de luz. Este fenómeno se conoce desde hace tiempo. Pero la razón por la que algunas partículas del estallido se ralentizan y otras se aceleran no está clara.

Existen dos teorías principales al respecto. Según la primera, el entorno de los estallidos es una mezcla de partículas y campos magnéticos; según la segunda, la velocidad de los estallidos se debe a la onda de choque producida cuando partículas más rápidas chocan con partículas más lentas. La primera teoría daría lugar a una polarización aleatoria de las partículas en el estallido, mientras que la segunda sería ordenada, dando lugar a que los fotones también estuvieran estrechamente polarizados.

Conocemos la siguiente pieza del mosaico

Los datos del telescopio IXPE sugieren que la segunda teoría es válida: detrás de la velocidad de los estallidos hay una onda de choque producida cuando partículas más rápidas chocan con partículas más lentas. La dirección de polarización observada era la misma para todas las longitudes de onda y estaba alineada con la dirección de la onda expansiva. Esto es coherente con el modelo de onda de choque. Así pues, el funcionamiento de los agujeros negros está un poco más claro, pero eso no significa que estos misteriosos objetos estén perfectamente descritos.

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