Los agujeros negros no son lo que comen. La relatividad general de Einstein predice que no importa lo que consuma un agujero negro, sus propiedades externas dependen solo de su masa, Rotación y carga eléctrica. Todos los demás detalles sobre su dieta desaparecen. Los astrofísicos llaman caprichosamente a esto la conjetura sin pelo. (Agujeros negros, ellos dicen, "no tengo pelo").

Existe una amenaza potencialmente peluda para la conjetura, aunque. Los agujeros negros pueden nacer con un fuerte campo magnético u obtener uno masticando material magnetizado. Un campo así debe desaparecer rápidamente para que se mantenga la conjetura de la ausencia de pelo. Pero los verdaderos agujeros negros no existen de forma aislada. Pueden estar rodeados de plasma, un gas tan energizado que los electrones se han desprendido de sus átomos, que puede sostener el campo magnético. potencialmente refutar la conjetura.

Usando simulaciones de supercomputadora de un agujero negro envuelto en plasma, investigadores del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York, La Universidad de Columbia y la Universidad de Princeton descubrieron que la conjetura de la ausencia de cabello es válida. El equipo informa sus hallazgos el 27 de julio en Cartas de revisión física .

"La conjetura sin pelo es una piedra angular de la relatividad general, "dice el coautor del estudio Bart Ripperda, becario de investigación en la CCA y becario postdoctoral en Princeton. "Si un agujero negro tiene un campo magnético de larga duración, entonces se viola la conjetura de la ausencia de pelo. Afortunadamente, surgió una solución de la física del plasma que evitó que se rompiera la conjetura de la ausencia de pelo ".

Las simulaciones del equipo mostraron que las líneas del campo magnético alrededor del agujero negro se rompen y se vuelven a conectar rápidamente. creando bolsas llenas de plasma que se lanzan al espacio o caen en las fauces del agujero negro. Este proceso drena rápidamente el campo magnético y podría explicar las llamaradas que se ven cerca de los agujeros negros supermasivos. los investigadores informan.

"Los teóricos no pensaron en esto porque generalmente ponen sus agujeros negros en el vacío, "Dice Ripperda." Pero en la vida real, a menudo hay plasma, y el plasma puede sostener y traer campos magnéticos. Y eso tiene que encajar con tu conjetura sin pelo ".

Un estudio de 2011 sobre el problema sugirió que la conjetura de la falta de cabello estaba en problemas. Sin embargo, ese estudio solo analizó estos sistemas a baja resolución, y trató el plasma como un fluido. Sin embargo, el plasma alrededor de un agujero negro está tan diluido que las partículas rara vez se encuentran entre sí, por lo que tratarlo como un fluido es una simplificación excesiva.

En el nuevo estudio, Los investigadores realizaron simulaciones de física de plasma de alta resolución con un modelo relativista general del campo magnético de un agujero negro. En total, se necesitaron 10 millones de horas de CPU para realizar todos los cálculos. "No podríamos haber realizado estas simulaciones sin los recursos computacionales del Flatiron Institute, "Dice Ripperda.

Las simulaciones resultantes mostraron cómo evoluciona el campo magnético alrededor de un agujero negro. En primer lugar, el campo se extiende en un arco desde el polo norte del agujero negro hasta su polo sur. Luego, las interacciones dentro del plasma hacen que el campo se inflame hacia afuera. Esta apertura hace que el campo se divida en líneas de campo magnético individuales que irradian hacia afuera desde el agujero negro.

Las líneas de campo se alternan en dirección, ya sea hacia o lejos del horizonte de eventos. Las líneas de campo magnético cercanas se conectan, creando un patrón trenzado de líneas de campo que se unen y se separan. Entre dos de estos puntos de conexión, existe un hueco que se llena de plasma. El plasma es energizado por el campo magnético, lanzándose hacia afuera en el espacio o hacia adentro en el agujero negro. A medida que continúa el proceso, el campo magnético pierde energía y finalmente se marchita.

Críticamente, el proceso ocurre rápido. Los investigadores encontraron que el agujero negro agota su campo magnético a una tasa del 10 por ciento de la velocidad de la luz. "La reconexión rápida salvó la conjetura de no tener pelo, "Dice Ripperda.

Los investigadores proponen que el mecanismo que impulsa las llamaradas observadas del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87 podría explicarse por el proceso de calvicie observado en las simulaciones. Las comparaciones iniciales entre ellos parecen prometedoras, ellos dicen, aunque se necesita una evaluación más sólida. Si de hecho se alinean, Las erupciones energéticas impulsadas por la reconexión magnética en los horizontes de eventos de los agujeros negros pueden ser un fenómeno generalizado.