Los electrones radiantes son acelerados por la reconexión magnética en los chorros de los agujeros negros, que probablemente es impulsada por "erupciones magnéticas" en el disco de acreción. El estudio fue publicado en Science Advances .

Los agujeros negros son cuerpos celestes extraordinariamente peculiares en el universo, que poseen una fuerza gravitacional inmensamente poderosa de la que ni siquiera la luz puede escapar dentro de su radio, conocida como horizonte de sucesos.

Sin embargo, hace más de un siglo, las observaciones revelaron que justo más allá del horizonte de sucesos del agujero negro, a una distancia muy cercana, el agujero negro podría emitir potentes flujos de materia y energía a velocidades cercanas a la de la luz, conocidos como chorros. Las imágenes capturadas por telescopios muestran estos chorros disparándose directamente hacia afuera, como un rayo láser, extendiéndose a grandes distancias, y la longitud de algunos chorros incluso supera la escala de las galaxias.

Cómo se forman estos enigmáticos chorros ha sido una cuestión estudiada durante más de un siglo por muchos estudiosos, incluido el premio Nobel Sir Roger Penrose. Actualmente, existen principalmente dos modelos en este campo de investigación. Uno implica extraer la energía rotacional del agujero negro a partir de campos magnéticos de gran escala, conocido como modelo de "extracción de energía rotacional del agujero negro". El otro también se basa en campos magnéticos a gran escala, pero a diferencia del primero, implica extraer la energía rotacional del disco de acreción, denominado modelo de "extracción de energía rotacional del disco de acreción".

Los astrónomos están intentando investigar únicamente la fuente de energía de los chorros. ¿Pueden los chorros producidos por estos dos modelos coincidir con los resultados de observación con respecto a la morfología, el ancho, el campo de velocidad y la polarización de los chorros? ¿Cuál de los dos modelos para el mecanismo de formación de estos chorros es correcto? El equipo dirigido por el Dr. Yuan Feng ha respondido estas dos preguntas.

El equipo utilizó como caso los chorros del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. Este agujero negro supermasivo se conoce como la "estrella" de la primera imagen de un agujero negro capturada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). El equipo empleó métodos de simulación numérica a gran escala para resolver las ecuaciones de la magnetohidrodinámica relativista general y obtuvo el flujo de acreción alrededor del agujero negro y los chorros producidos por los dos modelos mencionados anteriormente.

Para calcular la radiación de los chorros y compararla con las observaciones, el espectro de energía y la distribución espacial de los electrones radiantes son cruciales. El equipo planteó la hipótesis de que la aceleración de los electrones se producía mediante el mecanismo de "reconexión magnética" en los chorros. Consideró los mecanismos físicos de la reconexión magnética que acelera los electrones y combinó los resultados de los estudios de aceleración de partículas utilizando la teoría cinética para resolver una ecuación de distribución de energía de los electrones en estado estacionario. Obtuvo los espectros de energía y las densidades numéricas de los electrones en diferentes regiones de los chorros.

Combinando estos con los resultados de simulaciones numéricas de acreción, incluida la intensidad del campo magnético, la temperatura y la velocidad del plasma de gas, el equipo obtuvo varios resultados de observación previstos calculando la transferencia de radiación en el marco de la relatividad general, que podrían compararse con observaciones reales. P>

Los resultados mostraron que la morfología de los chorros predicha por el modelo de "extracción de energía rotacional del agujero negro" coincidía muy bien con la morfología observada de los chorros, y otras predicciones de este modelo como el "brillo de las extremidades" de los chorros, el ancho del chorro Los campos de longitud, longitud y velocidad también coincidieron muy bien con las observaciones. Por el contrario, las predicciones del modelo de "extracción de energía rotacional del disco de acreción" fueron inconsistentes con las observaciones.

Además, el equipo analizó el mecanismo físico de la reconexión magnética y descubrió que el mecanismo se debe a "erupciones magnéticas" generadas por los campos magnéticos en el disco de acreción del agujero negro M87. Estas erupciones pueden provocar fuertes perturbaciones en el campo magnético, que pueden propagarse a largas distancias, provocando la reconexión magnética en los chorros.

Este trabajo cierra la brecha entre el modelo dinámico de formación de chorros y varias propiedades observacionales de los chorros, proporcionando la primera evidencia de que este conocido modelo dinámico aborda los problemas energéticos de los chorros y explica otros resultados observacionales.