Los astrónomos descubren un patrón universal en los chorros de los agujeros negros

Los chorros relativistas son corrientes de partículas y plasma que se lanzan a velocidades cercanas a la de la luz alrededor de algunos agujeros negros. Pueden extenderse por miles o incluso millones de años luz. Se cree que se producen por la interacción entre el disco de acreción, los campos magnéticos y la rotación del agujero negro.

Comprender cómo se forman estos chorros es una de las grandes incógnitas de la astrofísica de altas energías. Los agujeros negros pueden transformar parte de la energía gravitacional liberada por la materia que cae en ellos en flujos relativistas colimados, pero aún no está claro qué condiciones determinan exactamente cuándo se activa este mecanismo.

Un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy ha encontrado una relación entre la formación de chorros en agujeros negros estelares y supermasivos. Los investigadores identificaron que ambos tipos parecen comenzar a lanzar chorros en la misma etapa crítica de su ciclo de alimentación, a pesar de que sus masas difieren en varios órdenes de magnitud.

Chorros relativistas

Los chorros relativistas son corrientes de partículas y plasma que se lanzan a velocidades cercanas a la de la luz desde las regiones centrales de algunos sistemas que albergan agujeros negros. Pueden extenderse a lo largo de miles o incluso millones de años luz, atravesando el medio interestelar e intergaláctico.

Estos chorros pueden observarse a diferentes escalas, desde sistemas con agujeros negros de masa estelar hasta galaxias que albergan agujeros negros supermasivos. La radiación emitida a lo largo del chorro puede presentarse en diversos rangos del espectro electromagnético, incluyendo ondas de radio, rayos X y rayos gamma.

¿Cómo se forman?

Los chorros relativistas están asociados con materia que orbita y cae hacia un agujero negro a través de un disco de acreción. En este entorno, el plasma ionizado es atravesado por campos magnéticos, que pueden amplificarse y organizarse por la rotación del disco y del propio agujero negro.

Parte de la energía gravitacional liberada por la acreción puede convertirse en energía electromagnética y cinética, alimentando así los flujos de partículas. La rotación del agujero negro también puede contribuir directamente a la extracción de energía en un proceso descrito por el mecanismo de Blandford-Znajek.

La relación entre diferentes agujeros negros

Aunque tienen masas muy diferentes, los agujeros negros parecen obedecer las mismas leyes físicas fundamentales. Los agujeros negros estelares surgen del colapso gravitacional de estrellas masivas, mientras que los agujeros negros supermasivos, con millones o miles de millones de masas solares, crecen a lo largo de millones o miles de millones de años.

Para superar esta dificultad, el nuevo estudio analizó los eventos de disrupción de mareas (EDM). Al analizar 20 eventos en diferentes longitudes de onda, los investigadores descubrieron que pueden surgir chorros cuando la tasa de alimentación disminuye a aproximadamente el 2 % del límite de Eddington.

¿Qué queda por comprender?

A pesar de la relación hallada, persisten las dudas sobre el mecanismo que determina cuándo un agujero negro comienza a producir un chorro. El estudio ayuda a explicar por qué algunos eventos de disrupción de marea (TDEs) presentan emisión de radio rápidamente, mientras que otros parecen permanecer inactivos y solo desarrollan un chorro días después.

Este descubrimiento también podría cambiar la forma en que se observan estos fenómenos, permitiéndonos predecir los periodos en los que un agujero negro tiene más probabilidades de lanzar un chorro de partículas. Esto es especialmente importante para los radiotelescopios, que tienen un tiempo de observación limitado.