Jet “Lightsaber” extrae energía del primer agujero negro fotografiado por la humanidad

El estallido de energía parece representar el horizonte de sucesos del agujero negro supermasivo de M87 que se extiende hacia afuera, lo que sugiere cómo los agujeros negros podrían «filtrar» energía.

Nuevas observaciones del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia, Messier 87 (M87), que, gracias al Event Horizon Telescope, fue el primer agujero negro jamás fotografiado por la humanidad, sugieren que existe una forma de que la energía proveniente de El interior de un agujero negro podría filtrarse a su entorno.

Astrofísicos de la Universidad de Princeton y la Universidad de Vanderbilt han determinado que el horizonte de sucesos de este agujero negro supermasivo –denominado M87*– con una masa equivalente a unos 6.500 millones de soles, parece extenderse hacia el exterior. El equipo cree que esto provoca que se lancen chorros o chorros, robando así energía al agujero negro.

Un miembro del equipo, Math Alexandru Lupsasca, profesor asistente de física en la Universidad de Vanderbilt, describió coloridamente estas corrientes como «como sables de luz Jedi de un millón de años luz de largo». Eso significa un sable de luz galáctico unas diez veces más largo que nuestra galaxia natal, la Vía Láctea.

«Aunque los agujeros negros se definen como objetos de los cuales nada puede escapar, una de las predicciones sorprendentes de la teoría de la relatividad de Einstein es que los agujeros negros en realidad pueden perder energía», dijo Eliot Quataert, astrofísico de Princeton. dijo en un comunicado. «Pueden girar, y al igual que una peonza se ralentiza con el tiempo y pierde esa energía a medida que gira, un agujero negro que gira también puede perder energía en su entorno».

Quataert es uno de los autores de un documento publicado en el Revista de astrofísica detallando estos descubrimientos, que podrían revolucionar lo que sabemos sobre los agujeros negros.

Los agujeros negros son realmente un lastre

Las nuevas observaciones reveladas por el equipo se refieren a algunas de las ideas más fundamentales sobre los agujeros negros, sus límites, su giro rotacional y sus campos magnéticos.

Una de las primeras ideas sobre los agujeros negros, anterior incluso a la teoría de la gravedad de Einstein de 1915, la relatividad general, fue que algunas estrellas podían tener una atracción gravitacional tan grande que ni siquiera la luz sería lo suficientemente rápida como para alcanzar y superar su velocidad de escape.

Trabajando con las ecuaciones de la relatividad general, el físico y astrónomo alemán Karl Schwarzchild descubrió que los cuerpos con masa tendrían un radio en el que su velocidad de escape excedía la velocidad de la luz en el vacío. Más allá de este punto, nada, ni siquiera la luz, podría escapar.

Esto ahora se conoce como radio de Schwarzchild, y para cuerpos como la Tierra y el Sol está profundo con sus cuerpos, pero si se pudiera comprimir lo suficiente una masa lo suficientemente grande, el radio de Schwarzchild estaría lejos de su núcleo.

Schwarzchild también descubrió que aparece una singularidad en la relatividad general donde todas las leyes de la física esencialmente fallan y la masa infinita se comprime a un punto infinitesimal. Este se convertiría en el núcleo del agujero negro y el radio de Schwarzchild serviría como límite exterior u horizonte de sucesos del agujero negro.

A continuación, los investigadores determinaron que si los agujeros negros tuvieran momento angular (y el hecho de que nacieron del colapso de estrellas masivas en rotación significa que deberían tenerlo) entonces rotarían. En raison de l’immense masse des trous noirs, cette rotation entraîne avec eux le tissu même de l’espace et du temps – un phénomène appelé « glissement de cadre » ou « effet Lense-Thirring » d’après les scientifiques qui l’ han descubierto.

Este cambio de marco crea una región alrededor de un agujero negro donde nada puede permanecer quieto, llamada ergosfera. Cambiar el marco también debería significar que a medida que los agujeros negros giran, los campos magnéticos que pasan a través de la ergosfera se «tuercen», y desde la década de 1970 esto se ha sugerido como una ruta por la cual los agujeros negros podrían perder energía.

Una nueva y retorcida teoría del flujo de energía de los agujeros negros

En un artículo separado, también publicado recientemente en la revista de astrofísica, un equipo de científicos dirigido por Andrew Chael, físico de la Universidad de Princeton, observó la dirección en la que M87* hace que las líneas de su campo magnético formen espirales y, por tanto, la dirección en la que debe fluir la energía del agujero negro. Armado con esta información, Quataert dijo que el resto encajó en su lugar.

«Nuestra nueva predicción precisa es que cada vez que miras un agujero negro astrofísico que tiene líneas de campo magnético adjuntas, habrá transferencia de energía, cantidades realmente increíbles de transferencia de energía», añadió Lupsasca.

¿Qué tan loco es eso? El equipo estimó que si toda la masa de la Tierra, 5,97 mil millones de toneladas, se transformara en TNT y luego explotara 1.000 veces por segundo durante millones y millones de años, sería equivalente a la cantidad de energía proveniente del supermasivo negro. agujero M87*.

El equipo añadió que cualquier agujero negro en rotación que se sometiera a este proceso no expulsaría energía hacia el exterior. Algunos podrían girar de la misma manera que la energía rotacional lixiviada por los campos magnéticos retorcidos se canaliza hacia el agujero negro hacia su singularidad central.

Para confirmar completamente esta teoría del flujo de energía de los agujeros negros, el equipo buscará la próxima generación de telescopios después del Event Horizon Telescope.

«¡Esto es increíblemente emocionante!» Conectar la producción de energía a un observable tan simple como este es un paso crucial en el camino hacia la obtención de evidencia observacional directa de la extracción de energía de los agujeros negros”, dijo George Wong, miembro del equipo y astrofísico de la Universidad de Princeton. «¡No puedo esperar a ver qué tipo de declaraciones contundentes podremos hacer con la próxima generación de imágenes y películas de agujeros negros!»

Referencia: A. Chael., A. Lupsasca., GN Wong., E. Quataert., Polarimetría de agujeros negros I. Una firma de extracción de energía electromagnéticaRevista de Astrofísica, DOI: 10.3847/1538-4357/acf92d

Imagen de portada: Ilustración de un chorro de energía saliendo de un agujero negro supermasivo. Crédito: NASA/JPL-CALTECH