Recrearon en un laboratorio por primera vez los anillos brillantes que rodean a los agujeros negros

El avance sobre la comprensión de la naturaleza de los agujeros negros y de su vinculación en relación al surgimiento y muerte de las estrellas es uno de los focos de análisis de la investigación astronómica. Ahora, un equipo de trabajo del Imperial College de Londres anunció que ha creado un disco giratorio de plasma en un laboratorio, imitando los que se encuentran alrededor de los agujeros negros y las estrellas en formación.

Un experimento liderado por un especialista chileno ha logrado modelar por primera vez con mayor precisión lo que sucede en los discos de plasma que rodean a los agujeros negros, lo que permitiría comprenderlos en una magnitud más amplia y dar cuenta de cómo la materia que se derrumba forma estrellas.

A medida que la materia se acerca a los agujeros negros, se calienta y se convierte en plasma, un cuarto estado de la materia que consiste en iones cargados y electrones libres. También comienza a girar, en una estructura llamada disco de acreción. La rotación provoca una fuerza centrífuga que empuja el plasma hacia el exterior, que se equilibra con la gravedad del agujero negro que lo atrae.

Estos anillos brillantes de plasma en órbita plantean un problema: ¿cómo crece un agujero negro si el material está atascado en órbita en lugar de caer en el agujero?

La teoría principal es que las inestabilidades en los campos magnéticos del plasma provocan fricción, lo que hace que pierda energía y caiga en el agujero negro. La forma principal de probar esto ha sido usar metales líquidos que se pueden girar y ver qué sucede cuando se aplican campos magnéticos.

Sin embargo, como los metales deben estar contenidos dentro de las tuberías, no son una verdadera representación del plasma que fluye libremente.

Ahora, los investigadores han utilizado su generador de megaamperios para la máquina de experimentos de implosión de plasma (llamado MAGPIE) para hacer girar el plasma en una representación más precisa de los discos de acreción. Los detalles del experimento se publicaron en la revista Physical Review Letters.

El ADN estelar

El primer autor, Vicente Valenzuela-Villaseca, quien completó el estudio durante su doctorado en el Departamento de Física en el Imperial College, indicó: “Comprender cómo se comportan los discos de acreción no solo nos ayudará a revelar cómo crecen los agujeros negros, sino también cómo las nubes de gas colapsan para formar estrellas, e incluso cómo podríamos crear mejor nuestras propias estrellas al comprender la estabilidad de los plasmas en experimentos de fusión”.

El equipo usó la máquina MAGPIE para acelerar ocho chorros de plasma y colisionarlos, formando una columna giratoria.

Descubrieron que cuanto más cerca del interior del anillo giratorio se movía más rápido, lo cual es una característica importante de los discos de acreción en el Universo. MAGPIE produce pulsos cortos de plasma, lo que significa que solo fue posible alrededor de una rotación del disco.

Sin embargo, este experimento de prueba de concepto muestra cómo se puede aumentar el número de rotaciones con pulsos más largos, lo que permite una mejor caracterización de las propiedades del disco.

Un tiempo de ejecución del experimento más largo también permitiría aplicar campos magnéticos para probar su influencia en la fricción del sistema.

”Solo estamos comenzando a poder observar estos discos de acreción de formas completamente nuevas, que incluyen nuestros experimentos e instantáneas de agujeros negros con el Event Horizon Telescope. Lo que nos permitirá probar nuestras teorías y ver si coinciden con las observaciones astronómicas” indicó Valenzuela-Villaseca.

De la presente investigación también participaron L.G. Suttle, F. Suzuki-Vidal, J.W.D. Halliday, S. Merlini, D.R. Russell, E.R. Tubman, J.D. Hare, J.P. Chittenden, M.E. Koepke, E.G. Blackman y S.V. Lebedev.

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