viento de disco de acreción

Un agujero negro en pareja con una estrella funciona como una bomba: atrae el gas de la compañera, lo hace girar en un disco brillante y de vez en cuando expulsa parte de la materia en dos chorros estrechos. En 2021, el sistema 4U 1543-475 ofreció ese espectáculo.

Un agujero negro de 35 000 masas solares navega a través del gas de la galaxia como una barcaza entre la niebla. La gravedad del agujero amontona la materia que tiene delante, y detrás se forma una estela densa: una corriente de gas en la popa. Parte de ese gas es atraído hacia el agujero, que así va creciendo.

Una nube de polvo cósmico, homogénea y esférica, comienza a contraerse bajo su propia gravedad. En algún momento, según las leyes clásicas, debería colapsar en un punto de densidad infinita: una singularidad.

El objeto cósmico gira, pero su sombra no es redonda. Los astrofísicos examinaron un agujero negro en una versión inusual de la gravedad: el llamado mundo brana (donde nuestro Universo es una superficie tridimensional en un espacio de más dimensiones).

Una fábrica capaz de producir un millón de piezas por hora, por alguna razón, solo hace un centenar. Más o menos así se comporta nuestro universo si lo miramos a través del prisma de la entropía, esa medida del desorden que, según las leyes de la física, solo puede aumentar. Las principales "máquinas" de esta fábrica son los agujeros negros supermasivos.

Un agujero negro no es una aspiradora perfecta. Está rodeado de un enjambre de partículas y campos, y ese enjambre altera su destino. En un nuevo trabajo, los astrofísicos examinaron cómo se comporta un campo vectorial masivo —una forma hipotética de materia oscura— cerca de un agujero negro en rotación.

Una estrella orbita alrededor de un agujero negro en rotación, como una patinadora en el centro de una pista de hielo. Mientras está lejos y puede considerarse un punto, la danza sigue siendo predecible: la órbita obedece leyes claras, como una música con la que es fácil deslizarse. Pero en cuanto se acerca, la gravedad comienza a actuar de manera desigual.

Un disco de gas y polvo gira alrededor de la joven estrella HV Tau C casi de canto. El telescopio James Webb ha analizado su espectro y ha detectado la emisión de hidrógeno molecular caliente (H₂). Esta revela un amplio viento bilateral que surge de las regiones internas y se extiende mucho más allá del disco.

Un disco de gas con un peso de cuatrocientos mil soles rodea al agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Su atracción actúa como un timón gravitacional: lenta pero inexorablemente, gira las órbitas de las estrellas binarias, empujándolas hacia la región donde las fuerzas de marea desgarran la pareja.

295 000 metros por segundo. A esa velocidad ni siquiera se mueven las partículas en las eyecciones coronales del Sol. Pero en el centro del cúmulo de galaxias H1821+643, el gas caliente se desplaza exactamente así. El cuásar en su corazón exhala, y su aliento agita todo a su alrededor en una distancia de 60 000 años luz.

El viento más rápido del Universo viaja a 0,58 veces la velocidad de la luz. Cubre la distancia de la Tierra a la Luna en dos segundos. Este viento no es un chorro, sino un amplio flujo de gas que irrumpe desde el centro de la galaxia.

Un agujero negro es un lugar del que nada puede escapar. Pero algunas teorías sugieren que, en su interior, a nivel cuántico, podría rebotar y convertirse en su opuesto: un agujero blanco, que solo expulsa materia y luz. Un grupo de físicos construyó un modelo computacional de esa transformación.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

Una rama cae en un remolino. Gira y se rompe, pero a veces del centro sale una potente fuente de agua. Algo parecido ocurre cuando un agujero negro despedaza una estrella que pasa cerca, y a veces después de eso un deslumbrante chorro de plasma —un jet— se dispara al espacio.

El cosmos está lleno de ondas invisibles: ondas en el tejido del espacio que dejan tras de sí catástrofes como la colisión de agujeros negros. Un agujero negro ordinario lo absorbe todo sin dejar rastro. Pero existen objetos exóticos hipotéticos: cúmulos superdensos de materia sin horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar).

El borde del horizonte de sucesos nunca está tranquilo. El vacío cuántico hierve allí, y de esa espuma a veces escapan partículas — así fue como Stephen Hawking descubrió en 1974 la radiación de agujeros negros, vinculando para siempre la gravedad con la teoría cuántica de campos.

En el corazón de la enorme galaxia Hidra A hay un hervidero de actividad. El agujero negro supermasivo expulsa dos potentes chorros de plasma, los jets. Estos perforan la nube circundante de gas sobrecalentado e hinchan en ella burbujas gigantes.

Se suele pensar que un agujero negro es una aspiradora cósmica despiadada que succiona todo sin distinción. Pero una nueva investigación da vuelta la imagen: cerca del horizonte, la curvatura se convierte de trampa en trampolín.

En el centro de muchas galaxias giran peonzas cósmicas de increíble poder: los agujeros negros supermasivos. Su naturaleza fue descrita por primera vez por Schwarzschild justo después de que Einstein regalara al mundo la teoría de la relatividad general.

El telescopio James Webb miró hacia una época en la que el universo tenía menos de mil millones de años y vio objetos extraños: 'pequeños puntos rojos'. Son agujeros negros con masas de millones de soles, pero en galaxias muy compactas y químicamente casi intactas. Los escenarios estándar no logran hacer crecer tales pesos tan temprano.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

En el centro de un cúmulo estelar denso reina una auténtica fragua: aquí las estrellas, como piezas al rojo vivo, chocan y se fusionan bajo la acción de la gravedad, y estas fusiones no son una catástrofe, sino una oportunidad. Cada golpe del martillo estelar transfiere rotación al futuro agujero negro.

Tradicionalmente, un agujero negro se describía mediante tres parámetros: masa, carga y momento angular. Esta descripción lacónica, llevada al aforismo por John Archibald Wheeler: «Los agujeros negros no tienen pelo».

El universo temprano con desplazamiento al rojo z>7 fue un escenario de crecimiento desenfrenado: los agujeros negros con masas de hasta mil millones de soles ya brillaban como cuásares, devorando gas a un ritmo monstruoso. Cómo estos gigantes lograron crecer en tan poco tiempo es uno de los enigmas más candentes de la astrofísica.

Tras el Big Bang, el universo experimentó una rápida expansión — la inflación, que alisó la radiación de fondo cósmico y sembró las semillas de las galaxias. Pero a nivel cuántico, en el campo del inflatón, bullían fluctuaciones caóticas.

En 1933, Fritz Zwicky habló por primera vez de una masa invisible que mantenía unidos los cúmulos de galaxias. Décadas después, Vera Rubin trazó el mapa de la rotación galáctica, revelando la presencia fantasmal de la materia oscura.

Una patinadora gira sobre el hielo, alejándose gradualmente de su órbita. Del mismo modo, una estrella pequeña o un agujero negro, al orbitar un agujero negro masivo, pierde energía. Emite ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo que los detectores en la Tierra captan. Pero la danza de esta pareja es más compleja de lo que parece.

Un agujero negro con campo magnético se asemeja a un remolino en un río donde el agua no se precipita hacia el embudo, sino que gira en el sitio. Normalmente, la rotación del agujero captura las ondas y las amplifica, lo que se conoce como superradiancia. Pero si se añade un campo magnético, todo cambia.

Un agujero negro no es un vacío congelado, sino un motor magnético vivo. Su 'corazón' — el disco de acreción — palpita: inhalación — la materia se arremolina en un vórtice, exhalación — la reconexión magnética rompe las líneas de campo y el plasma sale disparado lejos del horizonte.

El corazón de muchas galaxias es un agujero negro supermasivo. No solo se sienta en el centro, sino que a veces brilla intensamente cuando engulle el gas circundante.

En el centro de una galaxia, la gravedad concentra la materia oscura formando una densa 'espina'. Esta espina oscura se asemeja a un embudo de partículas invisibles alrededor de un cuerpo masivo. Pero si tanto el centro como las partículas son agujeros negros primordiales, el panorama se rompe.

Los flujos masivos de gas desde núcleos galácticos activos son un regulador clave de la evolución galáctica. Barren el medio interestelar, sofocan la formación estelar y dictan el crecimiento de los agujeros negros supermasivos.

En el plasma ardiente del Universo recién nacido, justo después de la expansión inflacionaria ideada por Alan Guth, reinaba la era de dominación cinética.

Una olla de papilla hirviendo a fuego fuerte: las burbujas sacan los granos del fondo a la superficie. Un mecanismo similar funciona en una estrella de neutrones. Al acumular hidrógeno y helio de una estrella vecina, de vez en cuando produce una poderosa explosión nuclear: un destello de rayos X.

En el centro de una galaxia, un agujero negro enorme está envuelto en una nube invisible: un enjambre de partículas ultraligeras que él mismo generó. En esa nube se sumerge otro agujero negro, del tamaño de una estrella, y comienza un largo baile en espiral. El acercamiento dura millones de años, pero los eventos más dramáticos ocurren justo en el horizonte.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

En el centro de la Vía Láctea, como una muñeca rusa dentro de otra, se esconde un agujero negro supermasivo, y a su alrededor hay un enjambre de estrellas y una capa invisible de materia oscura. Esta capa, o "pico", en teoría debería ser muy densa justo en el horizonte.

Una gota de helio frío pasa peligrosamente cerca de un agujero negro. Pero no es una gota cualquiera: es una estrella muerta del tamaño de la Tierra, aunque con una masa comparable a la del Sol.

Si un agujero negro gira rápidamente, puede retener a su alrededor una nube de partículas ultraligeras, tan ligeras que su masa casi desaparece. Juntas se organizan en capas, como los electrones en un átomo, pero en lugar de fuerzas eléctricas, actúa la gravedad. Esta estructura acumula energía como un resorte tensado.

Un agujero negro no es una aspiradora eterna. Dejado en el vacío, desaparece lentamente, irradiando energía como un charco que se seca en el asfalto. Este proceso, predicho por Stephen Hawking, se llama evaporación. Cuanto más pequeño es el agujero, más rápido se derrite y más caliente es su "aliento".