Nuevas simulaciones: las turbulencias de plasma y los campos magnéticos caóticos explican los rayos X de agujeros negros

MadridInvestigadores de la Universidad de Helsinki han resuelto por qué los agujeros negros emiten rayos X, un enigma que ha desconcertado a los científicos desde la década de 1970. Descubrieron que los rayos X provienen de las interacciones entre campos magnéticos y gas de plasma. Utilizando simulaciones con supercomputadoras, encontraron que los campos magnéticos causan turbulencias en el plasma, lo que lo calienta y conduce a la emisión de rayos X.

Investigación sobre los discos de materia alrededor de agujeros negros

Los investigadores han estudiado los discos de materia que se forman alrededor de los agujeros negros. Cuando una gran estrella colapsa en un agujero negro, puede tener una estrella compañera cercana. La materia de esta estrella compañera se dirige hacia el agujero negro y brilla intensamente como rayos X en forma de disco de acreción. Los científicos creen que estos rayos X se generan por interacciones entre el gas y los campos magnéticos, de manera similar a lo que ocurre en las llamaradas solares.

Hallazgos Clave:

• Los campos magnéticos caóticos producen turbulencias en el plasma alrededor de los agujeros negros.
• La turbulencia calienta el plasma, lo que provoca la emisión de rayos X.
• Los efectos cuánticos tienen un papel importante en la dinámica de este plasma.
• El plasma puede existir en dos estados de equilibrio influenciados por la radiación externa.

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Las simulaciones revelaron que la turbulencia es tan intensa que los efectos cuánticos se vuelven significativos. En el plasma de electrones y positrones, los fotones pueden transformarse en electrones y positrones y viceversa. Esto es crucial porque, normalmente, estas partículas no suelen aparecer juntas. Las altas energías cerca de los agujeros negros lo hacen posible.

Incluir estos efectos cuánticos en los modelos llevó mucho tiempo, pero fue esencial. Este trabajo proporcionó una comprensión clara de dónde proviene la radiación de rayos X. El plasma puede ser transparente y frío o denso y caliente, dependiendo de la radiación externa. Esto explica los diferentes estados de rayos X observados en los discos de acreción.

El estudio tiene importantes implicaciones. Al investigar estos entornos extremos, los científicos pueden comprender mejor los eventos de alta energía en el espacio. Esto podría influir en futuras investigaciones en astrofísica y ayudar a crear modelos más precisos.

El proyecto recibió 2,2 millones de euros del Consejo Europeo de Investigación para estudiar la interacción entre el plasma y la radiación. Los resultados se publicaron en Nature Communications y representan un avance significativo en la astrofísica computacional del plasma.