Por primera vez logran ver a detalle cómo los agujeros negros disparan partículas a velocidades cercanas a la luz
Una de las grandes paradojas de la astrofísica es que los agujeros negros, mientras atrapan materia que nunca vuelve a salir, también lanzan chorros de partículas a velocidades cercanas a la luz. Estos chorros pueden extenderse por decenas de miles o incluso millones de años luz, alcanzando dimensiones comparables al tamaño de varias galaxias. El chorro de la galaxia M87, por ejemplo, se prolonga más de 5,000 años luz y es visible incluso con telescopios terrestres.
Los teóricos explican que la clave está en la región cercana al horizonte de sucesos. Allí, la materia que cae se calienta y se convierte en plasma, un gas de partículas cargadas que genera intensos campos magnéticos. Estos campos, al retorcerse por la rotación del agujero negro, actúan como cables cósmicos que aceleran partículas subatómicas y las expulsan en forma de chorros relativistas. Este proceso corresponde al mecanismo de Blandford–Znajek, propuesto en 1977, que describe cómo los agujeros negros se comportan como un dínamo.
Durante décadas, los científicos intentaron reproducir este proceso en simulaciones por computadora. Sin embargo, resultaba casi imposible: ningún algoritmo podía combinar la relatividad general con el seguimiento de millones de partículas cargadas en un espacio-tiempo curvo. Por eso, los investigadores debían recurrir a modelos simplificados, como tratar el plasma como un fluido continuo, lo que alejaba las simulaciones del comportamiento real de un agujero negro.
Un disparo de partículas subatómicas ha tropezado con un misterioso objeto en forma de V en la galaxia Centaurus A.
El código FPIC y la naturaleza de los agujeros negros
Un reciente estudio alemán dio un paso decisivo en la comprensión de ese fenómeno. El equipo desarrolló el código de partículas en celdas de Fráncfort para espaciotiempos de agujeros negros (FPIC: Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes), capaz de simular el plasma partícula por partícula desde un estado inicial vacío, en lugar de tratarlo como un líquido. Con este enfoque, el FPIC ejecutó doce simulaciones en una supercomputadora de alto rendimiento, siguiendo la evolución de millones de partículas y campos electromagnéticos extremos bajo la intensa gravedad de un agujero negro con diferentes velocidades de giro.
El resultado fue contundente: el código reprodujo el mecanismo de Blandford–Znajek con gran precisión. Esto implica que el motor que impulsa los chorros relativistas no es un efecto engañoso provocado por los modelos simplificados anteriores, sino una propiedad real de la naturaleza. Además, el FPIC reveló detalles inéditos, como la formación y división de plasmoides dentro de la ergosfera, el área que se encuentra fuera del horizonte de sucesos.
Para los investigadores, la teoría sobre cómo los agujeros negros impulsan partículas a la velocidad de la luz debido a campos magnéticos y corrientes magnéticas se acaba de robustecer porque dos métodos muy distintos han llegado a la misma conclusión.
“Con nuestro trabajo demostramos cómo los agujeros negros giratorios extraen energía de manera eficiente y la canalizan hacia chorros. Esto nos permite explicar las luminosidades extremas de los núcleos galácticos activos y la aceleración de partículas casi a la velocidad de la luz. Al mismo tiempo, resulta aún más gratificante comprobar que podemos describir los resultados de estas complejas simulaciones con un tratamiento matemático riguroso”, concluye el equipo en The Astrophysical Journal Letters.