Los agujeros negros son cosas extrañas, incluso para los estándares de los astrónomos. Su masa es tan grande que curva el espacio a su alrededor con tanta fuerza que nada puede escapar, ni siquiera la propia luz.
Y, sin embargo, a pesar de su famosa negrura, algunos agujeros negros son bastante visibles. El gas y las estrellas que devoran estos vacíos galácticos son absorbidos por un disco brillante antes de su viaje de ida hacia el agujero, y estos discos pueden brillar más que galaxias enteras.
Lo más extraño aún es que estos agujeros negros centelleen . El brillo de los discos brillantes puede variar de un día a otro y nadie está completamente seguro de por qué.
Nos sumamos al esfuerzo de defensa de asteroides de la NASA para observar más de 5.000 de los agujeros negros de más rápido crecimiento en el cielo durante cinco años, en un intento de comprender por qué se produce este parpadeo. En un artículo publicado en Nature Astronomy el 2 de febrero de 2023, informamos nuestra respuesta:es un tipo de turbulencia impulsada por la fricción y campos magnéticos y gravitacionales intensos.
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Estudiamos los agujeros negros supermasivos, los que se encuentran en los centros de las galaxias y tienen tanta masa como millones o miles de millones de soles.
Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, tiene uno de estos gigantes en su centro, con una masa de unos 4 millones de soles. En su mayor parte, los aproximadamente 200 mil millones de estrellas que componen el resto de la galaxia (incluido nuestro Sol) orbitan felizmente alrededor del agujero negro en el centro.
Sin embargo, las cosas no son tan pacíficas en todas las galaxias. Cuando pares de galaxias se atraen entre sí a través de la gravedad, muchas estrellas pueden terminar demasiado cerca del agujero negro de su galaxia. Esto termina mal para las estrellas:son destrozadas y devoradas.
Estamos seguros de que esto debe haber sucedido en galaxias con agujeros negros que pesan tanto como mil millones de soles, porque no podemos imaginar de qué otra manera podrían haber crecido tanto. Es posible que también haya ocurrido en la Vía Láctea en el pasado.
Los agujeros negros también pueden alimentarse de una forma más lenta y suave:aspirando nubes de gas expulsadas por estrellas geriátricas conocidas como gigantes rojas.
En nuestro estudio, observamos de cerca el proceso de alimentación entre los 5.000 agujeros negros de más rápido crecimiento en el universo.
En estudios anteriores, descubrimos los agujeros negros con el apetito más voraz. En 2022, encontramos un agujero negro que devora el equivalente a una Tierra de material cada segundo. En 2018, descubrimos otro agujero negro que se come un sol entero cada 48 horas.
Pero tenemos muchas preguntas sobre su comportamiento alimentario real. Sabemos que el material que se dirige hacia el agujero gira en espiral formando un "disco de acreción" brillante que puede ser lo suficientemente brillante como para eclipsar a galaxias enteras. Estos agujeros negros que se alimentan visiblemente se llaman quásares.
La mayoría de estos agujeros negros están muy, muy lejos, demasiado lejos para que podamos ver algún detalle de los discos. Tenemos algunas imágenes de discos de acreción alrededor de agujeros negros cercanos, pero simplemente respiran gas cósmico en lugar de alimentarse de estrellas.
En nuestro último trabajo, utilizamos datos del telescopio ATLAS de la NASA en Hawaii. Escanea todo el cielo todas las noches (si el clima lo permite), monitoreando los asteroides que se acercan a la Tierra desde la oscuridad exterior.
Estos escaneos de todo el cielo también proporcionan un registro nocturno del brillo de los agujeros negros hambrientos en lo profundo del fondo. Nuestro equipo reunió una película de cinco años de cada uno de esos agujeros negros, mostrando los cambios diarios en el brillo causados por la vorágine brillante burbujeante y hirviente del disco de acreción.
El parpadeo de estos agujeros negros puede decirnos algo sobre los discos de acreción.
En 1998, los astrofísicos Steven Balbus y John Hawley propusieron una teoría de "inestabilidades magneto-rotacionales" que describe cómo los campos magnéticos pueden causar turbulencias en los discos. Si esa es la idea correcta, entonces los discos deberían chisporrotear en patrones regulares. Brillarían en patrones aleatorios que se desplegarían a medida que los discos orbitaran. Los discos más grandes orbitan más lentamente con un parpadeo lento, mientras que las órbitas más estrechas y rápidas en los discos más pequeños parpadean más rápidamente.
Pero, ¿los discos en el mundo real resultarían así de simples, sin más complejidades? (Si "simple" es la palabra correcta para la turbulencia en un entorno ultradenso y fuera de control incrustado en intensos campos gravitacionales y magnéticos donde el espacio mismo está doblado hasta el punto de ruptura es quizás una cuestión aparte.)
Utilizando métodos estadísticos medimos cuánto parpadeaba la luz emitida por nuestros 5.000 discos a lo largo del tiempo. El patrón de parpadeo en cada uno parecía algo diferente.
Pero cuando los clasificamos por tamaño, brillo y color, comenzamos a ver patrones intrigantes. Pudimos determinar la velocidad orbital de cada disco y, una vez que configuraste el reloj para que funcionara a la velocidad del disco, todos los patrones parpadeantes comenzaron a verse iguales.
De hecho, este comportamiento universal está predicho por la teoría de las "inestabilidades magneto-rotacionales". Eso fue reconfortante. Significa que estos torbellinos alucinantes son "simples" después de todo.
Y abre nuevas posibilidades. Creemos que las diferencias sutiles restantes entre los discos de acreción ocurren porque los miramos desde diferentes orientaciones.
El siguiente paso es examinar estas diferencias sutiles más de cerca y ver si contienen pistas para discernir la orientación de un agujero negro. Con el tiempo, nuestras futuras mediciones de los agujeros negros podrían ser aún más precisas.
Lobo cristiano es profesor asociado de astronomía y astrofísica en la Universidad Nacional de Australia. Recibe financiación del Consejo Australiano de Investigación (ARC) y es miembro de la Sociedad Astronómica de Australia (ASA).
Este artículo se republica desde La conversación bajo una licencia Creative Commons. Puedes encontrar el artículo original aquí.
