Una llamarada colosal podría ser la primera evidencia de que se puede extraer energía de los agujeros negros

Lo que sabemos de los agujeros negros es que una vez que algo entra, nada puede escapar. Sobre todo si pasa por el horizonte de eventos, el llamado punto sin retorno, pues permanecerá ahí para siempre, atado hasta la eternidad en un campo gravitacional del que ni siquiera la luz puede escapar.

Pero un nuevo estudio realizado por astrofísicos plantea que, al menos en teoría, de la ergósfera, una región del agujero negro que se encuentra justo en el exterior del horizonte de eventos, es posible extraer grandes cantidades de la energía que generan estos cuerpos en rotación.

Si bien ya existían teorías y hasta experimentos que mostraban que esto sería posible, ahora el equipo de investigadores ha encontrado lo que creen que es evidencia de una observación del fenómeno.

Su investigación se centra en la observación y análisis de GBR190114C, la exposición de rayos gamma más poderosa que jamás se haya detectado. Esta llamarada colosal registra alrededor de un billón de electronvoltios, desde 4.500 millones de años luz de distancia.

“Los estallidos de rayos gamma, los objetos transitorios más poderosos en el cielo, liberan energías de hasta unos 1054 erg en solo unos segundos”, dijo el astrofísico Remo Ruffini del Centro Internacional para la Red de Astrofísica Relativista (ICRANet), con sede en Italia.

“¡Su luminosidad en los rayos gamma, en el intervalo de tiempo del evento, es tan grande como la luminosidad de todas las estrellas del Universo observable! -agrega-. Se ha pensado que los estallidos de rayos gamma son impulsados por un mecanismo desconocido, por agujeros negros de masa estelar”.

El año pasado, Ruffini y sus colegas idearon una solución para este mecanismo, un proceso al que llamaron hipernova impulsada por binarios.

Comienza con un sistema binario cerrado que consiste en una estrella de carbono-oxígeno al final de su vida y una estrella de neutrones. Cuando la estrella de carbono-oxígeno se convierte en supernova, el material expulsado puede ser absorbido rápidamente por la estrella de neutrones compañera. Por lo tanto, ese compañero pasa el punto de masa crítica y se colapsa en un agujero negro que lanza una ráfaga de rayos gamma, así como chorros de material desde sus polos a casi la velocidad de la luz.

Ahora, en un nuevo artículo, Ruffini y sus colegas dirigidos por Rahim Moradi de ICRANet han descrito el mecanismo que puede lanzar un estallido de rayos gamma de alta energía: la aceleración de partículas a lo largo de líneas de campo magnético heredadas de la estrella de neutrones madre del agujero negro. Ese campo magnético extrae energía rotacional de la ergosfera del agujero negro.

“El motor novedoso presentado en la nueva publicación”, explicó Ruffini , “hace el trabajo a través de un proceso gravito-electrodinámico relativista puramente general: un agujero negro giratorio, que interactúa con un campo magnético circundante, crea un campo eléctrico que acelera los electrones ambientales a energías ultra altas que conducen a radiación de alta energía y rayos cósmicos de energía ultra alta”.

Sabemos que los agujeros negros y las estrellas de neutrones pueden tener campos magnéticos poderosos, y la evidencia sugiere que estos pueden actuar como un sincrotrón (un tipo de acelerador de partículas). La evidencia también sugiere que un sincrotrón de campo magnético juega un papel en el lanzamiento de un estallido de rayos gamma durante la formación de un agujero negro.

Al estudiar GRB 190114C, Moradi y su equipo han encontrado un mecanismo similar, pero, en lugar de un proceso de emisión continuo, es discreto, se repite una y otra vez, liberando cada vez un campo de energía de agujero negro para producir la emisión de rayos gamma observada después de la explosión de rayos gamma.

Basado en observaciones de GRB 190114C, el equipo pudo reconstruir la secuencia de eventos descrita anteriormente.

“La prueba de que podemos usar la energía rotacional extraíble de un agujero negro para explicar las emisiones en chorro de alta energía de los estallidos de rayos gamma y los núcleos galácticos activos es única”, dijo Ruffini.

Para este equipo de astrofísicos las observaciones de este proceso presenta resultados que el campo de la astrofísica relativista lleva esperando por lo menos 50 años. Un verdadero avance en la manera en la que entendemos los agujeros negros y el potencial uso que podrán tener para nosotros en un futuro.

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