Los agujeros negros son conocidos por sus apetitos voraces, atravesar la materia con tal ferocidad que ni siquiera la luz puede escapar una vez que se la traga.

Menos entendido aunque, así es como los agujeros negros purgan la energía encerrada en su rotación, lanzando plasmas a la velocidad de la luz en el espacio hacia lados opuestos en una de las pantallas más poderosas del universo. Estos chorros pueden extenderse hacia afuera durante millones de años luz.

Nuevas simulaciones dirigidas por investigadores que trabajan en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y UC Berkeley han combinado teorías de décadas de antigüedad para proporcionar una nueva perspectiva sobre los mecanismos de conducción en los chorros de plasma que les permite robar energía de los agujeros negros. poderosos campos gravitacionales y lo impulsan lejos de sus bocas abiertas.

Las simulaciones podrían proporcionar una comparación útil para las observaciones de alta resolución del Event Horizon Telescope, una matriz que está diseñada para proporcionar las primeras imágenes directas de las regiones donde se forman los chorros de plasma.

El telescopio permitirá nuevas vistas del agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, así como vistas detalladas de otros agujeros negros supermasivos.

"¿Cómo se puede extraer la energía en la rotación de un agujero negro para hacer chorros?" dijo Kyle Parfrey, quien dirigió el trabajo en las simulaciones mientras era un becario postdoctoral de Einstein afiliado a la División de Ciencias Nucleares en Berkeley Lab. "Esta ha sido una pregunta durante mucho tiempo".

Ahora es investigador principal del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland, Parfrey es el autor principal de un estudio, publicado el 23 de enero en Cartas de revisión física , que detalla la investigación de las simulaciones.

Las simulaciones, por primera vez, unir una teoría que explica cómo las corrientes eléctricas alrededor de un agujero negro tuercen los campos magnéticos para formar chorros, con una teoría separada que explica cómo las partículas que atraviesan el punto de no retorno de un agujero negro, el horizonte de sucesos, pueden parecerle a un observador distante que transportan energía negativa y reducen la energía de rotación general del agujero negro.

Es como comer un bocadillo que te hace perder calorías en lugar de ganarlas. El agujero negro en realidad pierde masa como resultado de sorber estas partículas de "energía negativa".

Las simulaciones por computadora tienen dificultades para modelar toda la compleja física involucrada en el lanzamiento de chorros de plasma, que debe dar cuenta de la creación de pares de electrones y positrones, el mecanismo de aceleración de las partículas, y la emisión de luz en los chorros.

Berkeley Lab ha contribuido ampliamente a las simulaciones de plasma a lo largo de su dilatada trayectoria. El plasma es una mezcla gaseosa de partículas cargadas que es el estado de materia más común del universo.

Parfrey dijo que se dio cuenta de que las simulaciones más complejas para describir mejor los chorros requerirían una combinación de experiencia en física del plasma y la teoría general de la relatividad.

"Pensé que sería un buen momento para intentar unir estas dos cosas, " él dijo.

Realizado en un centro de supercomputación en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, las simulaciones incorporan nuevas técnicas numéricas que proporcionan el primer modelo de un plasma sin colisiones, en el que las colisiones entre partículas cargadas no juegan un papel importante, en presencia de un fuerte campo gravitacional asociado con un agujero negro.

Las simulaciones producen naturalmente efectos conocidos como mecanismo de Blandford-Znajek, que describe los campos magnéticos retorcidos que forman chorros, y un proceso de Penrose separado que describe lo que sucede cuando el agujero negro engulle partículas de energía negativa.

El proceso de Penrose, "aunque no necesariamente contribuye tanto a extraer la energía de rotación del agujero negro, "Parfrey dijo, "posiblemente esté directamente relacionado con las corrientes eléctricas que retuercen los campos magnéticos de los chorros".

Aunque es más detallado que algunos modelos anteriores, Parfrey señaló que las simulaciones de su equipo todavía se están poniendo al día con las observaciones, y están idealizados de alguna manera para simplificar los cálculos necesarios para realizar las simulaciones.

El equipo tiene la intención de modelar mejor el proceso mediante el cual se crean pares de electrones y positrones en los chorros para estudiar la distribución de plasma de los chorros y su emisión de radiación de manera más realista para compararlos con las observaciones. También planean ampliar el alcance de las simulaciones para incluir el flujo de materia que cae alrededor del horizonte de eventos del agujero negro. conocido como su flujo de acreción.

"Esperamos ofrecer una imagen más coherente de todo el problema, " él dijo.