En el centro de la galaxia M87, situada a unos 55 millones de años luz en la constelación de Virgo, se esconde M87*, un agujero negro supermasivo cuya masa equivale a seis mil quinientos millones de veces la de nuestro Sol. Este coloso gira sobre sí mismo a una velocidad vertiginosa, y esta rotación genera fenómenos cósmicos de una violencia inaudita. Durante casi un siglo, los astrónomos han observado sin comprender estos chorros de materia que escapan del corazón de la galaxia, extendiéndose miles de años luz en el espacio intergaláctico.
Formación de una cadena de plasmoides en el plano ecuatorial de un agujero negro, donde la reconexión magnética acelera las partículas a energías extremas. Las líneas grises representan el campo magnético.
Crédito: Meringolo, Camilloni, Rezzolla (2025) El equipo de la Universidad Goethe de Fráncfort, dirigido por el profesor Luciano Rezzolla, ha desarrollado una herramienta de simulación bautizada como FPIC. Este código informático permite modelar con una precisión sin precedentes el comportamiento de las partículas cargadas y los campos electromagnéticos en el entorno extremo de un agujero negro en rotación. Los cálculos, que requirieron varios millones de horas de procesamiento en las supercomputadoras alemanas, revelaron que el famoso mecanismo de Blandford-Znajek no era el único responsable de la extracción de energía.
Las simulaciones pusieron en evidencia un proceso físico poco conocido: la reconexión magnética. Este fenómeno ocurre cuando las líneas de campo magnético se rompen y se reconectan bruscamente, liberando enormes cantidades de energía. En el plano ecuatorial del agujero negro, esta actividad genera cadenas de plasmoides - estructuras de plasma ultra energéticas - que se desplazan a velocidades cercanas a la de la luz. Estas ráfagas de plasma contribuyen directamente a alimentar los chorros cósmicos.
El estudio publicado en
The Astrophysical Journal Letters demuestra que esta reconexión magnética produce partículas de energía negativa, un concepto contraintuitivo pero perfectamente descrito por las ecuaciones de la relatividad general. Estas partículas exóticas juegan un papel clave en la transferencia de energía desde el agujero negro hacia su entorno. Este descubrimiento abre nuevas perspectivas para comprender cómo los núcleos galácticos activos alcanzan luminosidades tan extraordinarias y cómo las partículas son aceleradas a velocidades relativistas.
Los chorros relativistas: autopistas cósmicas de materia y energía
Los chorros astrofísicos son flujos colimados de materia y radiación que escapan de las regiones centrales de ciertos objetos celestes a velocidades que se aproximan a la de la luz. Observados por primera vez en 1918 en la galaxia M87, estas estructuras a menudo se extienden decenas de miles de años luz, atravesando el espacio intergaláctico.
La formación de estos chorros requiere condiciones extremas que se encuentran principalmente alrededor de agujeros negros supermasivos y estrellas de neutrones de rotación rápida. Su energía proviene de la rotación del objeto central, transferida al entorno a través de campos magnéticos intensos. Las partículas aceleradas en estos chorros emiten radiación de sincrotrón, visible en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético.
Estos chorros juegan un papel crucial en la evolución de las galaxias al regular la formación estelar y calentar el gas intergaláctico. Cuando un chorro impacta el medio circundante, crea ondas de choque que pueden comprimir el gas para formar nuevas estrellas, o por el contrario dispersarlo e impedir la formación estelar. Esta regulación determina en parte el tamaño y la morfología de las galaxias.
Las observaciones recientes muestran que los chorros pueden variar considerablemente en intensidad y dirección en escalas de tiempo astronómicamente cortas. Esta variabilidad se explica por los procesos de acreción de materia y reconexión magnética cerca del horizonte de sucesos del agujero negro. El estudio detallado de estas variaciones permite a los astrónomos sondear las regiones más cercanas a los agujeros negros, inaccesibles por observación directa.
Fuente: The Astrophysical Journal Letters