Descubren que la energía del interior de los agujeros negro es mucho más poderosa de lo que se había pensado
Nuevas simulaciones revelan que los agujeros negros pueden extraer hasta un 70% de su energía y redistribuirla en forma de chorros de plasma y radiación, impactando la evolución de las galaxias.
Descubren que la energía del interior de los agujeros negro es mucho más poderosa de lo que se había pensado. Fuente: ChatGPT
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
3.03.2025
Los agujeros negros han sido siempre un enigma fascinante para la ciencia. Más allá de su capacidad de atrapar todo lo que cruza su horizonte de sucesos, estos objetos también liberan energía de formas sorprendentes. Ahora, un nuevo estudio liderado por el astrofísico Prasun Dhang y su equipo ha revelado que la cantidad de energía extraída de los agujeros negros es mucho mayor de lo que se pensaba, llegando a alcanzar hasta el 70% de la potencia disponible en algunos casos.
Este hallazgo, publicado en The Astrophysical Journal, se basa en simulaciones avanzadas de agujeros negros rodeados por discos delgados altamente magnetizados. Los resultados desafían las ideas previas sobre cómo se generan los chorros de materia y energía que emanan de los agujeros negros y podrían cambiar nuestra comprensión sobre su impacto en la evolución de las galaxias.
El papel de los campos magnéticos en los agujeros negros
Desde hace décadas, los científicos han estudiado cómo los agujeros negros pueden extraer energía de su propia rotación gracias a un mecanismo llamado proceso de Blandford-Znajek (BZ). Este proceso ocurre cuando un campo magnético fuerte se entrelaza con el agujero negro y convierte parte de su energía rotacional en radiación y chorros de plasma.
Hasta ahora, los modelos más aceptados indicaban que este proceso funcionaba con mayor eficiencia en los denominados discos gruesos. Sin embargo, el nuevo estudio ha demostrado que incluso en discos más delgados y altamente magnetizados, la eficiencia de extracción de energía puede ser extraordinariamente alta.
Los investigadores han comprobado que la presencia de un campo magnético intenso en estos discos aumenta la luminosidad de la materia que cae hacia el agujero negro y permite que parte de la energía liberada se convierta en radiación, vientos o en la formación de un "corona" de plasma caliente alrededor del agujero negro.
Distribución de densidad del disco de acreción (en color) y malla computacional (líneas) en la simulación del agujero negro. Fuente: The Astrophysical JournalSimulaciones avanzadas para explorar el interior de los agujeros negros
Para analizar este fenómeno, los investigadores utilizaron un modelo llamado GRMHD (general relativistic magnetohydrodynamic), que combina la relatividad general con la dinámica de fluidos y el comportamiento de los campos magnéticos.
Gracias a esta simulación tridimensional, lograron recrear cómo se comportan los discos delgados alrededor de agujeros negros con diferentes velocidades de rotación. Esto permitió evaluar cuánta energía se extrae realmente y hacia dónde se dirige.
Los resultados mostraron que entre un 10% y un 70% de la energía obtenida a través del proceso BZ se canaliza hacia la formación de chorros relativistas, dependiendo del giro del agujero negro. Es decir, los agujeros negros más rápidos son capaces de liberar más energía al espacio, impulsando potentes flujos de materia y radiación.
Evolución de la densidad en el disco de acreción. Comparación entre un disco grueso y caliente y un disco delgado y frío en la simulación del agujero negro, destacando cavidades de baja densidad altamente magnetizadas. Fuente: The Astrophysical Journal
¿Dónde va el resto de la energía?
Uno de los aspectos más intrigantes de este estudio es que no toda la energía extraída por el proceso de Blandford-Znajek acaba en los chorros de plasma. Según Dhang, una fracción de esta energía podría disiparse en forma de calor dentro del disco de acreción, aumentando su brillo y generando radiación adicional.
Otro posible destino de esta energía sería la formación de la corona de plasma caliente, una estructura de gas ionizado extremadamente energético que rodea a los agujeros negros y emite intensas cantidades de rayos X. Este fenómeno podría explicar por qué algunos agujeros negros son mucho más luminosos de lo que predicen los modelos tradicionales.
Tal como explica el astrofísico Jason Dexter, coautor del estudio:
"Prasun ha demostrado que se extrae mucha más energía de la que pensábamos. Esta energía podría ser irradiada como luz o hacer que el gas fluya hacia afuera".
Esto sugiere que los agujeros negros no solo impactan su entorno inmediato, sino que podrían influir en la evolución de las galaxias al redistribuir energía en forma de calor y radiación.
Flujo de Poynting promediado en el tiempo. Muestra la extracción de energía electromagnética en agujeros negros con diferentes giros, evidenciando el proceso de Blandford-Znajek y los estados de energía negativa dentro de la ergosfera. Fuente: The Astrophysical JournalImplicaciones para la astrofísica moderna
El descubrimiento tiene consecuencias importantes para varios campos de la astrofísica. En primer lugar, mejora la comprensión de la formación y evolución de los chorros relativistas, estructuras que han sido observadas en cuásares y núcleos galácticos activos.
Además, estos resultados podrían ayudar a interpretar mediciones de la rotación de los agujeros negros, un aspecto clave para estudiar su origen y evolución. Si una parte significativa de la energía extraída se convierte en radiación dentro del disco de acreción, entonces los métodos actuales de medición podrían estar subestimando la cantidad real de energía emitida por estos sistemas.
Finalmente, este estudio abre nuevas preguntas sobre el papel de los campos magnéticos en la estabilidad de los discos de acreción. Aunque tradicionalmente se pensaba que los discos delgados eran inestables en presencia de campos magnéticos fuertes, los resultados sugieren que estos podrían contribuir a mantener el disco en equilibrio, en lugar de desestabilizarlo.
Un nuevo paradigma en la energía de los agujeros negros
El trabajo de Dhang y su equipo ha revelado que los agujeros negros pueden ser aún más poderosos de lo que creíamos. No solo extraen enormes cantidades de energía de su rotación, sino que redistribuyen esta energía de formas inesperadas.
Con futuras simulaciones y observaciones, los científicos esperan precisar cómo se reparte la energía extraída entre chorros, radiación y calentamiento del disco, lo que podría cambiar radicalmente nuestra visión sobre el impacto de los agujeros negros en el universo.
Eugenio M. Fernández Aguilar
_____________
Referencias
Dhang, P., Dexter, J., & Begelman, M. C. (2025). Energy Extraction from a Black Hole by a Strongly Magnetized Thin Accretion Disk. The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ada76e.
_________
Fuente:
