acreción de agujeros negros

En el centro de una galaxia enana ultracómpacta (un sistema estelar muy denso de decenas de años luz de tamaño) funciona una aspiradora. Solo que en lugar de polvo, aspira el gas que expulsan las estrellas moribundas. Ese gas no se dispersa, sino que se arremolina en un embudo: un disco en rotación que poco a poco se asienta sobre el agujero negro.

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.

En el horno de la formación estelar el calor alcanza los 900 grados, como en un alto horno al rojo vivo. Es en ese infierno donde nacen los cristales cósmicos.

Mayo de 2022. El polarímetro espacial IXPE, el espectroscopio NuSTAR y el monitor NICER apuntaron sincrónicamente a un mismo punto del cielo: el agujero negro en el sistema Cygnus X-1, donde orbita alrededor de una evolución estelar en un estrella binaria cercano con un período de 5.6 días.

Una maratón de 13 mil millones de años comenzó con pesos dispares. Cien masas solares: más ligero que una nube de gas cualquiera. Cien mil: dominación gravitacional, comparable a un elefante entre gatitos. Así eran las semillas de agujeros negros que, para nuestros tiempos, debían convertirse en gigantes supermasivos.

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.

El agua se convierte en hielo a cero grados: de golpe, sin estados intermedios. Algo parecido ocurre con la complejidad cuando tomamos un estado cuántico aleatorio de un sistema completo y miramos solo una parte. Mientras esa parte ocupa menos de la mitad del sistema, su complejidad crece suavemente. Pero en cuanto la proporción supera el 50%, se produce un salto.

Un enjambre de partículas diminutas e invisibles —como una nube de polen— se desplaza por el espacio. En su camino aparece un agujero negro. Algunas partículas caen en él y desaparecen para siempre; otras rodean la trampa y continúan su viaje. Los físicos han trazado un mapa que muestra cuánta materia será engullida y cuánta sobrevivirá.

Hace diez mil millones de años, el universo estaba salpicado de extrañas chispas escarlatas. El telescopio James Webb las detectó en imágenes de lejanos corrimientos al rojo: fuentes compactas que brillan como galaxias enteras, pero del tamaño de una región diminuta en su centro. Los astrónomos las apodaron «pequeños puntos rojos».

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.

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.

El telescopio espacial James Webb ha vislumbrado en las profundidades del cosmos unos objetos asombrosos: pequeños puntos rojos que brillan con tal intensidad que parecen un reflector escondido en una bombilla diminuta.

El agua se precipita en un abismo, pero parte de ella vuelve a elevarse, burbujeando y espumeando en el borde mismo. Algo así hace el gas que fluye hacia un agujero negro supermasivo cuando su corriente se vuelve demasiado densa. En un nuevo estudio, los científicos han seguido esta escena mediante una simulación por ordenador.

Una aspiradora potente no solo succiona el polvo, sino también su propia bolsa. Algo así se comporta un agujero negro en el centro de un «punto rojo»: una galaxia lejana donde el brillo no proviene del agujero en sí, sino de su denso abrigo de gas. Ese abrigo es tan grueso que recuerda a una estrella fría hinchada.

Una esponja arrojada a un cubo de agua absorbe con avidez la humedad y se hincha ante nuestros ojos. Pero si se sigue añadiendo agua y la esponja se comprime y se suelta alternativamente, la absorción se vuelve más difícil y dura más. Algo así se comportaban los diminutos agujeros negros en los albores del universo.

Una linterna brilla a través de una niebla espesa. La luz se dispersa en las gotas de agua y la linterna se ve borrosa. Alrededor de un agujero negro ocurre algo parecido: un gas caliente, como una niebla, lo envuelve, y los rayos X de las partes internas del disco se abren paso a través de esa nube. Solo que aquí las «gotas» son electrones, y la «niebla» en sí se llama corona.

Un agujero negro no es solo una esfera oscura en el espacio. Si cerca hay gas y polvo, estos se arremolinan formando un disco plano y luminoso que cae gradualmente hacia el interior. Ese disco, como una lámpara, ilumina al propio agujero, y sobre el fondo brillante se ve su sombra: una silueta oscura con bordes nítidos. Pero, ¿y si el disco no es plano, sino que está roto en pedazos?

Un pozo sin fondo, pero no del todo. Un agujero negro normal tiene un límite, el horizonte de sucesos, del que nada puede escapar. ¿Y si quitamos ese límite? Eso es exactamente lo que modelaron los astrofísicos con el objeto llamado JMN-1: un cuerpo masivo surgido del colapso de una estrella, pero sin esa barrera infranqueable.

El cielo nocturno parece inmóvil, pero a veces una de las estrellas empieza a brillar con más intensidad. Eso ocurrió con el sistema AT 2019wey: lo detectó el telescopio TESS, que normalmente busca planetas alrededor de otras estrellas, pero en esta ocasión estaba fotografiando la zona adecuada del cielo cada media hora.

La Tierra joven parecía una colmena: crecía fusionándose a partir de innumerables bloques de roca. Cuando terminó la construcción principal, un enjambre tardío de meteoritos azotó el planeta joven: el llamado revestimiento tardío. Según creían los científicos, esos impactos trajeron platino, oro y otros metales raros a las capas superiores de la Tierra.

El agujero negro en el sistema GX 339-4 durante la erupción de 2021 se comportó como una actriz que cambia de vestuario entre escenas. En el estado duro, se puso dos coronas a la vez: una caliente y tenue, y encima de ella, una templada y densa. En el estado blando, solo quedaba la corona caliente.

En 2026, en el sistema binario GS 1354-64, un agujero negro despertó: comenzó a atraer materia de su estrella compañera y a su alrededor se formó un disco incandescente.

El agua en un remolino no baja toda: parte salpica hacia arriba en finas salpicaduras. Algo parecido le ocurre al gas cerca de un agujero negro. Cae, se calienta, choca consigo mismo — y parte de él es expulsado de vuelta al espacio en dos chorros estrechos que viajan en direcciones opuestas.

Un agujero negro no es simplemente el cubo de basura del universo, sino más bien una caja fuerte con código secreto. Durante décadas se pensó que cualquier señal enviada hacia el horizonte de sucesos se refleja parcialmente: el espacio-tiempo curvo actúa como un espejo deformante y parte de la energía siempre regresa.

A unos 25 000 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario, una densa cortina envuelve a la estrella de neutrones GX 13+1. Dispersa los fotones de rayos X como la niebla dispersa la luz de una farola, y durante mucho tiempo ha ocultado a los astrónomos la verdadera potencia de la fuente.