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Por primera vez, científicos simulan cómo los chorros de energía de los agujeros negros atraviesan el cosmos

Una de las paradojas más impresionantes del universo es que los agujeros negros, mientras devoran materia que nunca vuelve, también lanzan chorros de partículas casi a la velocidad de la luz. Algunos de estos chorros se extienden por miles o incluso millones de años luz. El de la galaxia M87, por ejemplo, supera los 5,000 años luz y se puede ver desde la Tierra con telescopios.

El secreto está cerca del horizonte de sucesos, la “barrera” alrededor de un agujero negro donde nada puede escapar. Allí, la materia atrapada se calienta tanto que se convierte en plasma, un gas formado por partículas cargadas eléctricamente. Ese plasma genera campos magnéticos tan fuertes que pueden retorcerse con la rotación del agujero negro. Estos campos funcionan como “cables cósmicos” que aceleran las partículas y las lanzan en chorros casi a la velocidad de la luz. Esto es lo que describe el mecanismo de Blandford–Znajek, propuesto en 1977, que explica cómo un agujero negro puede comportarse como un dínamo gigante.

Simular este proceso fue un reto durante décadas. Los modelos anteriores trataban el plasma como si fuera un líquido uniforme, en lugar de partículas individuales, porque era casi imposible combinar la relatividad general con el seguimiento de millones de partículas cargadas en un espacio-tiempo curvo. Eso dejaba las simulaciones lejos de lo que realmente pasa cerca de un agujero negro.

Ahora, un equipo alemán desarrolló el FPIC (Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes), capaz de simular el plasma partícula por partícula desde cero. Con este código, hicieron doce simulaciones en una supercomputadora, siguiendo millones de partículas y campos electromagnéticos bajo la gravedad extrema de agujeros negros que giran a distintas velocidades. En otras palabras, pudieron ver cómo cada partícula se comporta en el entorno más extremo del universo.

El resultado fue claro: el FPIC reprodujo con precisión el mecanismo de Blandford–Znajek. Esto confirma que los chorros relativistas no son un efecto de los modelos simplificados; son reales. Además, el código reveló por primera vez cómo se forman y dividen plasmoides dentro de la ergosfera, la zona justo fuera del horizonte de sucesos, como pequeñas burbujas de plasma que aparecen y desaparecen mientras el agujero negro gira.

“Con nuestro trabajo demostramos cómo los agujeros negros giratorios extraen energía de manera eficiente y la canalizan hacia los chorros, explicando las luminosidades extremas de los núcleos galácticos activos y la aceleración de partículas casi a la velocidad de la luz”, concluye el equipo en The Astrophysical Journal Letters.

En palabras más simples, esto quiere decir que los agujeros negros no solo son “agujeros” que absorben todo a su alrededor. También funcionan como enormes motores cósmicos: giran y usan su energía para lanzar chorros de partículas a velocidades increíbles. Estos chorros pueden brillar más que toda la galaxia donde se encuentran y viajar enormes distancias por el espacio. Es como si un gigantesco generador invisible estuviera encendido en medio del universo, impulsando materia y energía de manera constante y sorprendente.

¿Para qué nos sirve todo esto?

Entender cómo los agujeros negros lanzan chorros de partículas nos ayuda a descifrar cómo funcionan las galaxias y los núcleos galácticos activos, que son zonas muy brillantes y energéticas en el centro de muchas galaxias. También nos permite comprender cómo se mueve la materia y la energía en el universo a escalas gigantescas. En pocas palabras, cada descubrimiento como este nos acerca a responder preguntas fundamentales: cómo se forman los objetos más extremos del cosmos, cómo interactúan con su entorno y cómo se distribuye la energía en el universo.

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Imagen de portada: CNN