Físicos descubren el mecanismo final de caída de materia en un agujero negro

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Físicos descubren el mecanismo final de caída de materia en un agujero negro

Concepción artística de Cygnus X-1 / Observatorio de Rayos X Chandra, NASA

Un estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ha revelado cómo la materia cae en un agujero negro desde fuera del horizonte de sucesos. Según la teoría de la gravedad de Einstein, hay un punto en el cual el material deja de orbitar el agujero negro y cae directamente hacia él, más allá del punto de no retorno.

Ahora, gracias a datos en rayos X de un agujero negro activo, se ha demostrado la existencia de esta «región de caída»

«La teoría de Einstein predecía esta caída final, pero es la primera vez que podemos demostrarlo», explica Andrew Mummery, físico teórico de la Universidad de Oxford. «Piensa en un río convirtiéndose en una cascada; hasta ahora, solo habíamos visto el río. Esta es nuestra primera visión de la cascada».

 

Caída de la materia

La materia que se dirige hacia un agujero negro no sigue una línea recta. Gira y se arremolina, como el agua en un desagüe. Sin embargo, estudiar los agujeros negros es complicado debido a la extrema distorsión del espacio-tiempo que los rodea.

Décadas atrás, Albert Einstein predijo que, a cierta proximidad del agujero negro, la materia ya no podría seguir una órbita circular estable y caería directamente, como el agua sobre el borde de un desagüe. Aunque no había razones para dudar de esto, los astrofísicos no estaban seguros de si podrían detectarlo.

El trabajo de Mummery y sus colegas incluyó el desarrollo de simulaciones numéricas y modelos que representan la región de caída, para revelar el tipo de luz que emite. Luego, necesitaban evidencia observacional que contuviera esa misma emisión.

 

La observación

El agujero negro en cuestión se encuentra en un sistema a unos 10,000 años luz de distancia llamado MAXI J1820+070. Este contiene un agujero negro de unas 8.5 veces la masa del Sol y una estrella compañera binaria, de la cual el agujero negro extrae material, alimentándose en ráfagas que se manifiestan como destellos de rayos X.

Los astrónomos han estado observando este agujero negro para comprender mejor su comportamiento, accediendo a datos de alta calidad obtenidos con los instrumentos NuSTAR y NICER en órbita terrestre baja. En particular, se centraron en un estallido ocurrido en 2018. 

Estudios previos habían notado un resplandor adicional en las observaciones de este estallido, que no se había podido explicar. Por ejemplo, un estudio de 2020 especuló que este resplandor podría provenir de la región de caída

Mummery y su equipo estudiaron este resplandor cuidadosamente y encontraron que coincidía con la emisión derivada de sus simulaciones. Esto, según los investigadores, finalmente establece la existencia de la región de caída, proporcionando una nueva herramienta para estudiar el régimen gravitacional extremo en la región inmediatamente fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro.

Mummery cree que la nueva técnica representa un desarrollo emocionante en el estudio de los agujeros negros. “… permitiéndonos investigar esta última área alrededor de ellos y comprender completamente la fuerza gravitacional», agregó.

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