Como la mayoría de las galaxias, la Vía Láctea alberga un agujero negro supermasivo en su centro. Llamado Sagitario A *, el objeto ha capturado la curiosidad de los astrónomos durante décadas. Y ahora hay un esfuerzo por imaginarlo directamente.

Tomar una buena foto de la bestia celestial requerirá una mejor comprensión de lo que sucede a su alrededor. lo que ha demostrado ser un desafío debido a las escalas muy diferentes involucradas. "Eso es lo más importante que tuvimos que superar, "dijo Sean Ressler, investigador postdoctoral en el Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UC Santa Bárbara, que acaba de publicar un artículo en el Cartas de revistas astrofísicas , investigando las propiedades magnéticas del disco de acreción que rodea a Sagitario A *.

En el estudio, Ressler, el compañero postdoctoral de KITP Chris White y sus colegas, Eliot Quataert de UC Berkeley y James Stone en el Instituto de Estudios Avanzados, trató de determinar si el campo magnético del agujero negro, que es generado por la materia que cae, puede acumularse hasta el punto en que corta brevemente este flujo, una condición que los científicos llaman detenida magnéticamente. Responder a esto requeriría simular el sistema hasta las estrellas en órbita más cercanas.

El sistema en cuestión abarca siete órdenes de magnitud. El horizonte de sucesos del agujero negro o sobre sin devolución, alcanza alrededor de 4 a 8 millones de millas desde su centro. Mientras tanto, las estrellas orbitan alrededor de 20 billones de millas de distancia, o tan lejos como la estrella vecina más cercana al sol.

"Así que tienes que rastrear la materia que cae desde esta escala muy grande hasta esta escala muy pequeña, ", dijo Ressler." Y hacer eso en una sola simulación es increíblemente desafiante, hasta el punto de que es imposible ". Los eventos más pequeños ocurren en escalas de tiempo de segundos, mientras que los fenómenos más grandes se desarrollan durante miles de años.

Este documento conecta simulaciones a pequeña escala, que se basan principalmente en la teoría, con simulaciones a gran escala que pueden verse limitadas por observaciones reales. Lograr esto, Ressler dividió la tarea entre modelos en tres escalas superpuestas.

La primera simulación se basó en datos de las estrellas circundantes de Sagitario A *. Afortunadamente, la actividad del agujero negro está dominada por unas 30 estrellas Wolf-Rayet, que soplan enormes cantidades de material. "La pérdida de masa de una sola de las estrellas es mayor que la cantidad total de material que cae en el agujero negro durante el mismo tiempo, ", Dijo Ressler. Las estrellas gastan solo alrededor de 100, 000 años en esta fase dinámica antes de pasar a una etapa de vida más estable.

Usando datos de observación, Ressler simuló las órbitas de estas estrellas a lo largo de unos mil años. Luego usó los resultados como punto de partida para una simulación de distancias de rango medio, que evolucionan en escalas de tiempo más cortas. Repitió esto para una simulación hasta el borde mismo del horizonte de eventos, donde la actividad tiene lugar en cuestión de segundos. En lugar de unir superposiciones duras, este enfoque permitió a Ressler fundir los resultados de las tres simulaciones entre sí.

"Estos son realmente los primeros modelos de acreción en las escalas más pequeñas en [Sagitario] A * que tienen en cuenta la realidad del suministro de materia procedente de las estrellas en órbita, "dijo el coautor White.

Y la técnica funcionó espléndidamente. "Fue más allá de mis expectativas, "Comentó Ressler.

Los resultados indicaron que Sagitario A * puede detenerse magnéticamente. Esto fue una sorpresa para el equipo, ya que la Vía Láctea tiene un centro galáctico relativamente tranquilo. Generalmente, Los agujeros negros detenidos magnéticamente tienen chorros de alta energía que disparan partículas a velocidades relativistas. Pero hasta ahora, los científicos han visto poca evidencia de chorros alrededor de Sagitario A *.

"El otro ingrediente que ayuda a crear chorros es un agujero negro que gira rápidamente, "dijo White, "así que esto puede estar diciendo algo sobre el giro de Sagitario A *".

Desafortunadamente, El giro del agujero negro es difícil de determinar. Ressler modeló a Sagitario A * como un objeto estacionario. "No sabemos nada sobre el giro, ", dijo." Existe la posibilidad de que en realidad no esté girando ".

El siguiente plan de Ressler y White es modelar un agujero trasero giratorio, que es mucho más desafiante. Introduce inmediatamente una gran cantidad de nuevas variables, incluida la velocidad de giro, dirección e inclinación en relación con el disco de acreción. Utilizarán datos del interferómetro GRAVITY del Observatorio Europeo Austral para guiar estas decisiones.

El equipo utilizó las simulaciones para crear imágenes que se puedan comparar con las observaciones reales del agujero negro. Los científicos de la colaboración Event Horizon Telescope, que llegó a los titulares en abril de 2019 con la primera imagen directa de un agujero negro, ya se han acercado para solicitar los datos de simulación para complementar su esfuerzo por fotografiar Sagittarius A *.

El Event Horizon Telescope toma efectivamente un promedio de tiempo de sus observaciones, lo que da como resultado una imagen borrosa. Esto fue un problema menor cuando el observatorio tenía la mira en Messier 87 *, porque es alrededor de 1, 000 veces más grande que Sagitario A *, por lo que cambia alrededor de 1, 000 veces más lentamente.

"Es como tomar una foto de un perezoso en lugar de tomar una foto de un colibrí, Ressler explicó. Sus resultados actuales y futuros deberían ayudar al consorcio a interpretar sus datos en nuestro propio centro galáctico.

Los resultados de Ressler son un gran paso adelante en nuestra comprensión de la actividad en el centro de la Vía Láctea. "Esta es la primera vez que Sagittarius A * se ha modelado en un rango tan grande de radios en simulaciones 3D, y las primeras simulaciones a escala de horizonte de eventos que emplean observaciones directas de las estrellas Wolf-Rayet, "Dijo Ressler.