Científicos de Helsinki explican la radiación de rayos X cerca de agujeros negros tras décadas de investigación

Investigadores logran descifrar el origen de la radiación en los agujeros negros mediante avanzadas simulaciones de plasma y campos magnéticos.

Investigadores logran modelar el origen de la radiación en los discos de acreción de los agujeros negros mediante simulaciones avanzadas.

Radiación de rayos X, agujeros negros, simulaciones de plasma, investigación en Helsinki, discos de acreción

Científicos de la Universidad de Helsinki han conseguido explicar finalmente la emisión de radiación de rayos X que se genera en el entorno de los agujeros negros, un fenómeno que ha intrigado a la comunidad científica desde la década de los 70. Mediante simulaciones avanzadas en supercomputadoras, los investigadores han logrado modelar las interacciones entre la radiación, el plasma y los campos magnéticos que rodean a estos objetos masivos.

El estudio, publicado en *Nature Communications*, muestra que estos rayos X se producen como consecuencia de los movimientos caóticos de los campos magnéticos, los cuales calientan el plasma turbulento en el entorno de los agujeros negros. Joonas Nättilä, profesor asociado y líder del grupo de investigación de Astrofísica Computacional del Plasma en la Universidad de Helsinki, comparó estos eventos con versiones extremas de las erupciones solares, donde la actividad magnética también genera un calentamiento intenso del plasma.

Utilizando simulaciones detalladas, los científicos descubrieron que los campos magnéticos provocan turbulencias que calientan el plasma, lo que a su vez genera la radiación de rayos X que ha sido observada durante décadas. Según los investigadores, los efectos cuánticos son fundamentales para entender la dinámica de este plasma, algo que rara vez se observa en la vida cotidiana, pero que resulta crucial en los ambientes energéticos de los agujeros negros.

El equipo de Helsinki también halló que el plasma que rodea a los agujeros negros puede encontrarse en dos estados de equilibrio diferentes, dependiendo del campo de radiación externo. En uno de estos estados, el plasma es frío y transparente, mientras que en el otro, es caliente y opaco, lo que provoca variaciones en la radiación emitida por los discos de acreción.

Desde la década de 1970, los científicos han intentado explicar cómo se genera esta radiación en los flujos de acreción alrededor de los agujeros negros. En ese momento, se sospechaba que los rayos X surgían por las interacciones entre el gas y los campos magnéticos, de manera similar a como el Sol calienta su entorno a través de su actividad magnética y las erupciones solares.

Las simulaciones realizadas por los investigadores han permitido, por primera vez, observar cómo el plasma alrededor de los agujeros negros produce naturalmente la radiación de rayos X que ha sido detectada en los discos de acreción. Además, los científicos pudieron modelar cómo las turbulencias en estos discos son tan fuertes que incluso los fenómenos cuánticos, como la aparición de electrones y positrones, juegan un papel importante en la dinámica del plasma.

Nättilä explicó que, en circunstancias normales, los electrones y positrones no suelen encontrarse en el mismo lugar. Sin embargo, en los entornos extremadamente energéticos alrededor de los agujeros negros, estas partículas se encuentran, interactúan, y terminan generando más radiación. Los investigadores también descubrieron que los fotones, las partículas que forman la luz, son tan energéticos en este entorno que sus interacciones con el plasma son cruciales para comprender el comportamiento de los discos de acreción.

En palabras de Nättilä, estos fenómenos cuánticos, que rara vez se observan en la vida cotidiana, se vuelven indispensables para explicar la radiación observada cerca de los agujeros negros. El profesor también destacó que este proceso de simulación fue arduo y tomó varios años de trabajo para poder incorporar todos los fenómenos cuánticos que ocurren en estos ambientes extremos.

El estudio concluye que la radiación de rayos X detectada en los discos de acreción de los agujeros negros es generada de manera natural por el plasma turbulento que los rodea. Las simulaciones también confirmaron que el plasma puede existir en dos estados de equilibrio diferentes, dependiendo de la intensidad del campo de radiación en su entorno.

En resumen, la investigación ha proporcionado una imagen precisa del origen de la radiación de rayos X en los discos de acreción de los agujeros negros, un fenómeno que ha desconcertado a los científicos durante décadas.