Una simulación revela como crecen y evolucionan los agujeros negros
Por: Kimm Fesenmaier, Caltech.
02 de julio de 2024
Esta imagen de la simulación muestra un agujero negro supermasivo, o cuásar, rodeado por un disco giratorio de material llamado disco de acreción. Crédito: Caltech/Grupo Phil Hopkins.
Un equipo de astrofísicos dirigido por Caltech ha logrado simular por primera vez el viaje del gas primordial que data del Universo primigenio hasta el momento en que es arrastrado por un disco de material que alimenta un único agujero negro supermasivo. La nueva simulación por ordenador pone “de cabeza” las ideas que los astrónomos han mantenido sobre dichos discos desde los años 70 y abre el camino a nuevos descubrimientos sobre cómo crecen y evolucionan los agujeros negros y las galaxias.
Esta nueva simulación, marca la culminación de varios años de trabajo de dos grandes colaboraciones iniciadas en Caltech; la primera colaboración, apodada FIRE (Feedback in Realistic Environments), se ha centrado en las escalas más grandes del Universo, estudiando cuestiones como cómo se forman las galaxias y qué sucede cuando colisionan. La otra, bautizada como STARFORGE, fue diseñada para examinar escalas mucho más pequeñas, incluyendo cómo se forman las estrellas en nubes individuales de gas.
De acuerdo a Phil Hopkins, profesor de Astrofisica Teorica en Caltech, “nuestras teorías nos decían que los discos deberían ser planos como crepes, pero sabíamos que no era así porque las observaciones astronómicas revelan que los discos son en realidad esponjosos. Nuestra simulación nos ayudó a entender que los campos magnéticos sostienen el material del disco, haciéndolo más esponjoso”.
En la nueva simulación, los investigadores realizaron lo que ellos llaman un "superzoom" sobre un único agujero negro supermasivo, un objeto monstruoso que se encuentra en el corazón de muchas galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea. Estos voraces y misteriosos cuerpos contienen entre miles y miles de millones de veces la masa del Sol, y por lo tanto ejercen un enorme efecto sobre cualquier cosa que se acerque.
Los astrónomos saben desde hace décadas que, cuando el gas y el polvo son atraídos por la tremenda gravedad de estos agujeros negros, no son absorbidos inmediatamente, sino que primero forman un disco que gira rápidamente llamado disco de acreción. Y cuando el material está a punto de caer, irradia una enorme cantidad de energía y brilla con un brillo incomparable a casi cualquier cosa en el Universo. Pero todavía se desconoce mucho sobre estos agujeros negros supermasivos activos, llamados cuásares, y sobre cómo se forman y se comportan los discos que los alimentan.
Si bien ya se han obtenido imágenes de discos alrededor de agujeros negros supermasivos (el Event Horizon Telescope capturó discos que giran alrededor de agujeros negros en el corazón de nuestra propia galaxia en 2022 y M87 en 2019), estos discos están mucho más cerca y son más dóciles que los que giran alrededor de los cuásares. Para visualizar lo que ocurre alrededor de estos agujeros negros más activos y distantes, los astrofísicos recurren a simulaciones de supercomputadoras.
Estas introducen información sobre la física que opera en estos entornos galácticos (desde las ecuaciones básicas que gobiernan la gravedad hasta cómo tratar la materia oscura y las estrellas) en miles de procesadores informáticos que trabajan en paralelo. Esta entrada incluye muchos algoritmos, o series de instrucciones, que las computadoras deben seguir para recrear fenómenos complicados. Por ejemplo, las computadoras saben que una vez que el gas se vuelve lo suficientemente denso, se forma una estrella. Pero el proceso no es tan sencillo.
El trabajo desarrollado, permitió a los científicos simular un agujero negro que tiene aproximadamente 10 millones de veces la masa de nuestro Sol, comenzando en el Universo primitivo. Luego, la simulación se enfoca en ese agujero negro en un momento en el que una corriente gigante de material se desprende de una nube de gas formador de estrellas y comienza a girar alrededor del agujero negro supermasivo. La simulación puede continuar haciendo zoom, resolviendo un área más fina en cada paso a medida que sigue el gas en su camino hacia el agujero.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-07-cosmic-simulation-reveals-black-holes.html