La simulación por supercomputadora explica los rayos X de los agujeros negros

Investigadores de la Universidad de Helsinki (Finlandia) han encontrado una explicación para los rayos X detectados cerca de los agujeros negros. El origen de la radiación ha intrigado a los científicos desde los años 1970 y, según un nuevo estudio, es el resultado de las interacciones entre los campos magnéticos y el plasma gaseoso de estos misteriosos objetos.

• Haz clic y sigue a Canaltech en WhatsApp
• 10 respuestas a preguntas que puedas tener sobre los agujeros negros

Antes de continuar, conviene entender primero qué es un agujero negro. Estos objetos se forman cuando las estrellas grandes colapsan sobre sí mismas; la concentración de masa es tan densa que la gravedad no permite que nada escape, ni siquiera la luz. Por lo tanto, los agujeros negros son invisibles, pero los efectos que tienen en su entorno no lo son.

Entonces, ¿de dónde proceden los rayos X de estos objetos? Es solo que muchos de ellos tienden a estar en compañía de estrellas en sistemas binarios. En estos sistemas, un objeto orbita alrededor de otro, pero la materia de la estrella es devorada lentamente por el agujero negro y forma un disco de acreción a su alrededor. Esta estructura emite rayos X.

Desde la década de 1970, los científicos han intentado modelar la radiación procedente de los discos de acreción. Y aquí es donde entra en juego el nuevo estudio: los investigadores modelaron las interacciones entre la radiación, el plasma y los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros y descubrieron que la turbulencia de los campos magnéticos calienta el plasma, provocando que emita radiación.

Las simulaciones han demostrado que la turbulencia alrededor de los agujeros negros es tan fuerte que incluso los efectos cuánticos se vuelven importantes para revelar la dinámica del plasma. En la mezcla modelada de plasma (de electrones y positrones) y fotones, los rayos X locales se transformaron en electrones y positrones. Cuando entran en contacto, estas partículas vuelven a convertirse en radiación.

Lo más curioso es que los electrones y los positrones -sus respectivas antipartículas- no suelen correr en el mismo lugar, pero los agujeros negros son tan extremos que rompen las reglas, haciendo esto posible. Además, la radiación no suele interactuar con el plasma, pero los fotones alrededor de los agujeros negros son tan energéticos que sus interacciones afectan al plasma.

Por lo tanto, el estudio demostró que el plasma y su turbulencia producen naturalmente los rayos X que se observan en los discos de acreción de los agujeros negros. Además, la simulación también permitió a los investigadores observar por primera vez que el plasma alrededor de los agujeros negros puede presentarse en dos estados diferentes, que dependen del campo de radiación externo.

El artículo con los resultados del estudio fue publicado en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.

Fuente: Comunicaciones de la naturaleza, Phys.org