Cómo los agujeros negros escupen energía exprés
Un remolino engulle agua, pero la mayor parte la salpica alrededor. Más o menos así se comporta un agujero negro cuando cae demasiada materia sobre él. En un nuevo estudio, los astrofísicos realizaron 32 simulaciones por computadora para entender cómo los parámetros del agujero —masa, rotación y 'apetito'— controlan estas fuentes cósmicas.
Resulta que la masa del agujero (en el rango de 5 a 30 masas del Sol) casi no influye en nada. Los directores principales son la rotación del agujero y la tasa de suministro de materia. El agujero solo engulle una pequeña parte de lo que se le acerca: del 10 al 40 por ciento. El resto es expulsado por poderosos vientos y chorros estrechos —jets (flujos de partículas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz). Cuanto más rápida es la rotación, más eficiente es este 'motor': la energía del viento y del chorro crece más rápido que el aumento del flujo de materia que cae.
Los científicos dedujeron fórmulas que relacionan la luminosidad, la potencia de los chorros y la fracción de materia absorbida con los parámetros del agujero. Estas relaciones ayudarán a los astrónomos a interpretar con mayor precisión las observaciones de fuentes de rayos X ultraluminosas y otros sistemas donde los agujeros negros trabajan al límite de sus capacidades. Así, poco a poco aprendemos a leer la historia de cada uno de estos remolinos —por la cantidad de materia que devuelven al espacio.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.28919v1
Strongly magnetized super-Eddington accretion flows power many important astrophysical systems, but how black hole parameters control their output is unclear. We present 32 general relativistic radiation magnetohydrodynamics simulations of super-Eddington magnetically arrested disks onto stellar-mass black holes, varying mass ($$M_{\rm BH}= 5, 15, 30\,M_{\odot}$$), spin ($$a=0,0.9$$), and accretion rate ($$\dot{M}_{\rm acc} \approx 1-2000\,\dot{M}_{\rm Edd}$$). We find that black hole spin and accretion rate jointly regulate wind loss rates and energy output efficiencies, while black hole mass has no effect over the mass range studied here. The BH accretes only $$10-40\%$$ of the mass supplied to the accretion flow, while the rest is expelled in winds. This accretion fraction decreases with mass supply rate and is lower for high-spin systems. Both spin states produce strong magnetically driven outflows. For $$a = 0$$, the wind kinetic, radiative, and electromagnetic efficiencies are modest and show little variation across the full simulated range of accretion rates. For $$a = 0.9$$, both wind power and jet power increase super-linearly with $$\dot{M}_{\rm acc}$$, with the jet power saturating beyond $$\dot{M}_{\rm acc} \sim 100\,\dot{M}_{\rm Edd}$$. Radiation is strongly beamed along the funnel, with inverse beaming factors exceeding $$100$$ for high-spin, high-$$\dot{m}$$ models viewed face-on. Our results establish that rapid BH spin boosts energy-extraction efficiency, while high accretion rate amplifies total power. We provide scaling relations for luminosities, jet power, accretion ratio, and beaming, offering a framework for interpreting observations of ULXs and other super-Eddington systems.
Un agujero negro con una masa similar a la de una estrella, pero con rotación rápida, puede expulsar al espacio más energía de la que el Sol emitiría durante toda su existencia.
En la novela 'Acelerando' de Charles Stross, una sonda alienígena utiliza un micro agujero negro como fuente de energía, extrayéndola del disco de acreción —de manera similar a lo descrito en este trabajo.