Desentrañando el caos: supercomputadoras revelan turbulencia en discos de acreción de agujeros negros

MadridInvestigadores de las universidades de Tohoku y Utsunomiya han profundizado notablemente nuestro conocimiento sobre la turbulencia en los discos de acreción de los agujeros negros. Utilizaron supercomputadoras poderosas, entre ellas "Fugaku" de RIKEN y "ATERUI II" del NAOJ, para llevar a cabo simulaciones de altísimo detalle. Este logro nos permite analizar mejor los datos del Telescopio del Horizonte de Sucesos y otras herramientas de observación.

Esta investigación se centra en: realizar simulaciones detalladas por computadora de discos de gas, observar la turbulencia en estos discos y descubrir que las ondas magnetosónicas lentas tienen un papel fundamental.

Los discos de acreción están compuestos de gas que se mueve hacia los agujeros negros. El movimiento en estos discos es complejo. Comprenderlo es esencial porque influye en la luz que podemos observar. Esta luz nos permite estudiar los agujeros negros de manera indirecta, ya que ellos mismos no emiten luz.

Las simulaciones anteriores carecían de la potencia computacional necesaria para estudiar el rango inercial. Este rango es crucial porque muestra cómo la energía se transfiere entre diferentes tamaños de flujos turbulentos. Las simulaciones más recientes descubrieron que las ondas magnetosónicas lentas son las más comunes en este rango, lo que contrasta con la turbulencia del viento solar, donde predominan las ondas de Alfvén.

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Las ondas magnetosónicas son un tipo de onda explicada por la magnetohidrodinámica y juegan un papel crucial en el comportamiento de las partículas cargadas en los discos de acreción. Se ha descubierto que las ondas magnetosónicas lentas, en lugar de las ondas de Alfvén, son más comunes y provocan que los iones en estos discos se calienten de formas específicas. Esto impacta nuestra comprensión de los entornos de los agujeros negros y sus procesos energéticos. Por ejemplo, conocer este calentamiento puede ayudar a explicar teorías sobre la formación de chorros y otras características relacionadas con los agujeros negros.

Los campos electromagnéticos turbulentos en estos discos influyen tanto en el calentamiento como en la aceleración de partículas. Esto podría desempeñar un papel en la creación de rayos cósmicos u otros eventos de alta energía observados en el espacio. Confirmar que las ondas magnetosónicas lentas son comunes en el rango inercial también abre nuevas formas de entender los datos de los radiotelescopios que estudian áreas cercanas a los agujeros negros.

El descubrimiento revela que la turbulencia en los discos de acreción es fundamentalmente distinta a la que se da en otros entornos espaciales. Por ejemplo, la turbulencia en el viento solar está principalmente influenciada por las ondas de Alfvén. Esto significa que los discos de acreción ofrecen una oportunidad única para estudiar diferentes tipos de turbulencia y cómo la energía se transfiere entre distintas escalas.

Este estudio no solo amplía nuestro conocimiento teórico, sino que también facilita la observación y comprensión de las condiciones extremas del universo. Al comprender mejor la turbulencia en los discos de acreción, los científicos pueden interpretar con mayor precisión los datos obtenidos de telescopios y otros instrumentos.