Los agujeros negros se describen en la literatura popular como entidades cósmicas que devoran todo a su paso, pero sin embargo tienen limitaciones.
Los científicos han notado recientemente que los agujeros negros activos alternan entre dos regímenes de emisión distintos. La proyección de un chorro de plasma a muy alta velocidad coincide con el debilitamiento de la emisión del viento solar y de los rayos X, y viceversa. Esta oscilación evoca el movimiento de un columpio cósmico, indicando que estos objetos no logran llevar a cabo todas sus acciones al mismo tiempo.
Ilustración de un agujero negro con un disco de acreción y un chorro de alta energía.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.
El sistema 4U 1630-472 fue objeto de este estudio. En este, un agujero negro de aproximadamente diez masas solares capta materia proveniente de una estrella compañera. Gracias al instrumento NICER de la NASA, instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS), y al radiotelescopio MeerKAT, el equipo pudo seguir este fenómeno durante tres años. Estos trabajos confirmaron que el disco de acreción, constituido por la materia arrancada, permanece estable, mientras que las emisiones presentan fluctuaciones.
Aunque la materia robada forma un disco turbulento alrededor del agujero negro, una parte es expulsada, ya sea en forma de viento o en forma de chorro. Los investigadores observaron que estos dos tipos de emisión nunca ocurren de manera simultánea, señal de una rivalidad por un mismo recurso. Para los científicos, esto pone en evidencia un mecanismo interno donde los chorros y los vientos compiten por la energía disponible, modificando así la dinámica del sistema.
A pesar de esta alternancia, la cantidad total de energía y masa expulsada se mantiene en un nivel constante. Esta constancia hace pensar en un mecanismo de autorregulación mediante el cual el agujero negro preserva un equilibrio en sus emisiones, presumiblemente bajo la influencia de la disposición de los campos magnéticos dentro del disco. Según los autores del estudio, no es el volumen de materia absorbida lo que determina el cambio, sino más bien la configuración de estos campos.
Esta regulación tiene repercusiones en el entorno galáctico. Dado que el gas y el polvo expulsados sirven como materiales base para la génesis de nuevas estrellas, la alternancia entre chorros y vientos es susceptible de afectar la formación estelar y, por extensión, de modelar la evolución de las galaxias. Los agujeros negros juegan así un papel de reguladores, redistribuyendo una parte de la materia en sus alrededores.
Los campos magnéticos en los agujeros negros
Dentro del disco de acreción que rodea un agujero negro, los campos magnéticos emergen de los movimientos turbulentos del plasma calentado. Su intensidad puede volverse considerable y influyen directamente en la manera en que la materia es expulsada. Estos campos operan como guías, orientando la energía ya sea hacia los chorros, ya sea hacia los vientos detectados por los astrónomos.
Una configuración particular de los campos magnéticos puede privilegiar la emisión de chorros de plasma a alta velocidad. En cambio, otra organización favorece más bien la expulsión de materia en forma de vientos cósmicos y rayos X. Esta dualidad explica por qué un agujero negro no genera los dos tipos de emisiones al mismo tiempo, ya que los campos magnéticos entran en competencia para captar la energía disponible.
Las observaciones del sistema 4U 1630-472 muestran que la alternancia entre chorros y vientos está ligada a la reorganización de los campos magnéticos en el disco. Este fenómeno no depende de la cantidad de materia absorbida, sino más bien de la evolución interna del sistema. El estudio de estos procesos ayuda a cartografiar cómo los campos magnéticos gobiernan la actividad de los agujeros negros.
Fuente: Nature Astronomy