Así se forma el deslumbrante brillo que rodea a los agujeros negros, según nuevas simulaciones

Los agujeros negros son famosos por devorar todo lo que cae en ellos, incluida la luz. Sin embargo, los alrededores de estos objetos pueden brillar de forma extraordinaria. Ese resplandor procede del material caliente que gira y cae hacia el agujero negro, y ahora un conjunto de simulaciones avanzadas muestra con un detalle sin precedentes cómo se produce ese espectáculo de luz.

Un equipo de astrofísicos del Instituto Flatiron y del Instituto de Estudios Avanzados ha logrado recrear el comportamiento de la materia justo antes de desaparecer en el interior de un agujero negro. Para conseguirlo, emplearon supercomputadoras capaces de realizar trillones de operaciones por segundo y construyeron algoritmos diseñados específicamente para resolver las complejas ecuaciones de la relatividad general.

Estas simulaciones, publicadas en The Astrophysical Journal, permiten ver cómo se forma un disco brillante de gas y polvo alrededor del agujero negro. El material, al moverse a velocidades extremas, se calienta y emite luz en diferentes longitudes de onda, desde los rayos X hasta el visible. Aunque este proceso se ha estudiado durante décadas, los modelos anteriores tenían que simplificar el comportamiento de la radiación para poder calcularlo. Eso limitaba la precisión.

En la nueva simulación, la radiación se trata como realmente es: luz que viaja, interactúa y cambia dentro de un espacio-tiempo distorsionado. Este enfoque consigue reproducir rasgos que los astrónomos ya han visto en el cielo, como la estabilidad sorprendente del disco interno a pesar de la intensa turbulencia que lo rodea.

El modelo también aporta pistas sobre un misterio reciente del telescopio James Webb: los “pequeños puntos rojos”, objetos tenues y compactos detectados en el universo primitivo. Una de las teorías sugiere que podrían ser agujeros negros jóvenes que están devorando material más rápido de lo esperado, en un proceso llamado acreción de super-Eddington. Las nuevas simulaciones respaldan esa idea al mostrar que un agujero negro puede emitir mucha más luz de la que se pensaba si ciertas condiciones se cumplen en el flujo de materia.

El trabajo no solo reconstruye la física de la luz, sino también la dinámica del gas. El equipo pudo ver cómo se forma un disco delgado y denso incrustado en una región dominada por campos magnéticos. Esta combinación ayuda a estabilizar la estructura y explica por qué ciertos agujeros negros brillan de manera tan constante. Además, la simulación reproduce vientos y chorros de alta velocidad, fenómenos conocidos pero difíciles de modelar con precisión.

Para realizar estas simulaciones, los investigadores contaron con acceso a dos de las supercomputadoras más potentes del mundo: Frontier y Aurora. Aun así, la potencia bruta no era suficiente. Fue necesario desarrollar nuevos algoritmos capaces de resolver los movimientos del gas y la luz sin perder exactitud. El resultado es un modelo más completo que cualquier otro disponible en la actualidad.

Estas simulaciones son especialmente valiosas en el estudio de agujeros negros de masa estelar, que tienen unas diez veces la masa del Sol. A diferencia de los agujeros negros supermasivos, estos no pueden fotografiarse con la misma claridad, por lo que la única forma de estudiar su entorno es comparar modelos teóricos con la luz que emiten. La concordancia entre los nuevos cálculos y las observaciones sugiere que el enfoque del equipo es correcto.

El siguiente paso será aplicar esta técnica a agujeros negros supermasivos, como Sagitario A*, en el centro de nuestra galaxia. También se espera usarla para comprender mejor si los enigmáticos puntos rojos detectados por el James Webb son realmente agujeros negros creciendo en el amanecer cósmico.

Aunque los agujeros negros seguirán siendo objetos oscuros e invisibles en sí mismos, estas simulaciones permiten asomarse a su entorno inmediato con una claridad que antes era imposible. Ahora empieza la parte más difícil: interpretar todo lo que la simulación ha revelado y entender cómo encaja en la historia de la formación y evolución del universo.

Fuente: Simons Foundation