vientos de acreción de agujeros negros

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 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.

Setenta y dos discos protoplanetarios — capullos giratorios de gas y polvo, repletos de polvo cósmico y gas — quedaron bajo la mira del instrumento MIRI a bordo del JWST.

El cosmos está lleno de gritos que no oímos. Cada vez que un agujero negro desgarra una estrella, nace un destello cegador y, a menudo, un estrecho chorro relativista que se proyecta a miles de años luz. Pero si ese reflector apunta lejos de la Tierra, solo vemos un débil resplandor: un eco de radio que llega con retraso.

Durante décadas, los astrofísicos construyeron una imagen ordenada: la galaxia, como un gigantesco carrusel, gira a un ritmo uniforme, y el agujero negro supermasivo situado en su centro hereda esa danza.

Espacio profundo, centro de una galaxia. Un agujero negro supermasivo está rodeado por un disco incandescente de gas y polvo. Y de repente, a través de ese velo ardiente, con una periodicidad de varias horas, pasa una estrella — como una flecha disparada por el arco de la gravedad.

Imagina un río en un rápido: la corriente se acelera hasta que ninguna ola puede ir contra la corriente. Así es el gas cerca de un agujero negro: al alcanzar la velocidad del sonido, se encierra a sí mismo — nace un agujero negro acústico, gemelo del abismo gravitacional.

Un agujero negro, como una rueca, hace girar a su alrededor una nube de partículas ligeras: los axiones. Estas partículas son las principales candidatas a ser la materia oscura. La nube se rige por las leyes de la mecánica cuántica, asemejándose a un átomo gigante: hay niveles y transiciones entre ellos.

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 centro de casi todas las galaxias grandes habita un agujero negro supermasivo: un gigante silencioso alrededor del cual orbitan estrellas, gas y otros agujeros negros más pequeños. De vez en cuando, uno de estos objetos se desvía de su órbita y comienza a caer hacia el monstruo central en una espiral cada vez más cerrada.

Un guiso espeso se enfría lentamente en la olla. De repente, el fuego debajo se aviva y el guiso comienza a hervir, rompiéndose en muchos pequeños remolinos. Algo similar ocurre con el disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven cuando esta experimenta una erupción: una entrada repentina de material del disco hacia la estrella.

Las ondas gravitacionales — el temblor del cosmos provocado por cataclismos lejanos — son tan débiles que captarlas es como escuchar un susurro en medio de un huracán. Pero un agujero negro puede amplificarlo muchas veces.

Imagina a un bailarín de tres rostros en la cresta de una ola de luz. Un rostro es el receptor, absorbiendo los fotones incidentes. Otro, un espejo perfecto que devuelve la luz. El tercero, un vidrio esmerilado que dispersa los rayos en todas direcciones. A baja velocidad, la danza es armoniosa. Pero a velocidades relativistas, la coreografía se desmorona.

Un agujero negro desgarra una estrella y vemos un destello cegador. Un par de años después, cuando todos ya lo han olvidado, los radiotelescopios captan de repente una nueva señal, como un eco del pasado.

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.

Un agujero negro diminuto, del tamaño de un núcleo atómico pero con la masa de una montaña, surgió en los primeros instantes tras el Big Bang, cuando cúmulos aleatorios de energía colapsaron en tales objetos.

Las sombras de los objetos supermasivos en los centros de galaxias —M87 y la Vía Láctea— se han convertido en íconos de la astrofísica moderna. Pero ¿y si estas sombras no son huellas de absorción, sino de paso?

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.

La superficie del Sol hierve como el agua en una olla. El gas caliente asciende, se enfría y desciende: eso es la convección. Alrededor bullen los campos magnéticos, que se rompen y se vuelven a conectar.

Los agujeros negros son desagües cósmicos, embudos de gravedad que atraen materia del espacio circundante. Este proceso, llamado acreción, no siempre transcurre sin contratiempos: parte del gas que cae puede ser expulsado de vuelta en forma de estrechos chorros relativistas: los jets.

En el sistema binario 4U 1624-49, una estrella de neutrones atrae gas de una estrella ordinaria vecina. Este gas se arremolina formando un disco luminoso, como el agua en un remolino. Y del borde de este remolino se desprende una corriente caliente: hidrógeno y otros elementos salen disparados a velocidades de hasta 320 kilómetros por segundo.

Alrededor de las estrellas jóvenes giran nubes planas de gas y polvo, de las que luego se forman los planetas. Para que la materia en un disco así se aglutine en grumos, debe mezclarse constantemente. Pero, ¿qué hace que el gas se mueva de forma caótica si por sí mismo está en calma?

En los centros de casi todas las galaxias se esconden agujeros negros, gigantes invisibles. Cuando dos galaxias chocan, sus agujeros negros forman una pareja condenada a bailar uno alrededor del otro.

Un radiotelescopio capta una señal de unos pocos milisegundos de duración, y en ese instante se libera una energía comparable a la que el Sol emite en días. Esto es un estallido rápido de radio, un pulso de radio de milisegundos proveniente de una galaxia lejana. Desde su descubrimiento en 2007, los astrofísicos debaten qué lo produce.