¿Por qué brillan los agujeros negros? Científicos estudiaron 5,000 gigantes devoradores de estrellas para averiguarlo

Agujeros negros son cosas extrañas, incluso para los estándares de los astrónomos. Su masa es tan grande que dobla el espacio a su alrededor con tanta fuerza que nada puede escapar, ni siquiera la luz misma.

Y sin embargo, a pesar de su famosa negrura, algunos los agujeros negros son bastante visibles. El gas y las estrellas que devoran estos vacíos galácticos son absorbidos por un disco brillante antes de su viaje de ida hacia el agujero, y estos discos pueden brillar más que las galaxias enteras.

Aún más extraño, estos agujeros negros brillan. El brillo de los discos brillantes puede fluctuar de un día a otro, y nadie está completamente seguro de por qué.

Mis colegas y yo aprovechamos el esfuerzo de defensa de asteroides de la NASA para observar más de 5,000 de los agujeros negros de más rápido crecimiento en el cielo durante cinco años, en un intento de comprender por qué ocurre este parpadeo. En un nuevo papel en Naturaleza Astronomía, informamos nuestra respuesta: una especie de turbulencia impulsada por la fricción y los intensos campos gravitatorios y magnéticos.

Devoraestrellas gigantes

Estudiamos agujeros negros supermasivos, del tipo que se asientan en el centro de las galaxias y son tan masivos como millones o miles de millones de soles.

Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, tiene uno de estos gigantes en su centro, con una masa de unos cuatro millones de soles. En su mayor parte, los aproximadamente 200 mil millones de estrellas que componen el resto de la galaxia (incluido nuestro sol) orbitan felizmente alrededor del agujero negro en el centro.

Sin embargo, las cosas no son tan pacíficas en todas las galaxias. Cuando pares de galaxias se atraen entre sí a través de la gravedad, muchas estrellas pueden terminar demasiado cerca del agujero negro de su galaxia. Esto termina mal para las estrellas: son desgarradas y devoradas.

Estamos seguros de que esto debe haber sucedido en galaxias con agujeros negros que pesan tanto como mil millones de soles, porque no podemos imaginar cómo podrían haber crecido tanto. También puede haber ocurrido en la Vía Láctea en el pasado.

Los agujeros negros también pueden alimentarse de una manera más lenta y suave: absorbiendo nubes de gas expulsadas por estrellas geriátricas conocidas como gigantes rojas.

Hora de la comida

En nuestro nuevo estudio, observamos de cerca el proceso de alimentación entre los 5,000 agujeros negros de más rápido crecimiento en el universo.

En estudios anteriores, descubrimos los agujeros negros con los apetitos más voraces. El año pasado, encontramos un agujero negro que come el equivalente a la Tierra de cosas cada segundo. En 2018, encontramos uno que come un sol entero cada 48 horas.

Pero tenemos muchas preguntas sobre su comportamiento alimentario real. Sabemos que el material en su camino hacia el agujero gira en espiral en un "disco de acreción" brillante que puede ser lo suficientemente brillante como para eclipsar galaxias enteras. Estos agujeros negros que se alimentan visiblemente se llaman cuásares.

La mayoría de estos agujeros negros están muy, muy lejos, demasiado lejos para que podamos ver cualquier detalle del disco. Tenemos algunas imágenes de discos de acreción alrededor de agujeros negros cercanos, pero simplemente respiran un poco de gas cósmico en lugar de darse un festín con las estrellas.

Cinco años de agujeros negros parpadeantes

In nuestro nuevo trabajo, utilizamos datos del telescopio ATLAS de la NASA en Hawái. Escanea todo el cielo todas las noches (si el clima lo permite), monitoreando los asteroides que se acercan a la Tierra desde la oscuridad exterior.

Estos escaneos de todo el cielo también proporcionan un registro nocturno del brillo de los agujeros negros hambrientos, en el fondo. Nuestro equipo elaboró ​​una película de cinco años de cada uno de esos agujeros negros, mostrando los cambios diarios en el brillo causados ​​por la vorágine burbujeante y hirviente del disco de acreción.

El parpadeo de estos agujeros negros puede decirnos algo sobre los discos de acreción.

En 1998, los astrofísicos Steven Balbus y John Hawley propusieron una teoría de “inestabilidades magnetorrotacionales” que describe cómo los campos magnéticos pueden causar turbulencias en los discos. Si esa es la idea correcta, entonces los discos deberían chisporrotear en patrones regulares. Brillarían en patrones aleatorios que se desarrollan a medida que los discos orbitan. Los discos más grandes orbitan más lentamente con un centelleo lento, mientras que las órbitas más estrechas y rápidas en los discos más pequeños centellean más rápidamente.

Pero, ¿los discos en el mundo real demostrarían ser tan simples, sin más complejidades? (Si "simple" es la palabra correcta para turbulencia en un entorno ultradenso y fuera de control incrustado en intensos campos gravitatorios y magnéticos donde el espacio mismo se dobla hasta su punto de ruptura es quizás una cuestión aparte).

Utilizando métodos estadísticos, medimos cuánto parpadeaba la luz emitida por nuestros 5,000 discos con el tiempo. El patrón de parpadeo en cada uno parecía algo diferente.

Pero cuando los clasificamos por tamaño, brillo y color, comenzamos a ver patrones intrigantes. Pudimos determinar la velocidad orbital de cada disco, y una vez que configuraste tu reloj para que funcionara a la velocidad del disco, todos los patrones parpadeantes comenzaron a verse iguales.

De hecho, este comportamiento universal es predicho por la teoría de las "inestabilidades magnetorrotacionales". ¡Eso fue reconfortante! Significa que estos torbellinos alucinantes son "simples" después de todo.

Y abre nuevas posibilidades. Creemos que las sutiles diferencias restantes entre los discos de acreción ocurren porque los estamos mirando desde diferentes orientaciones.

El siguiente paso es examinar estas sutiles diferencias más de cerca y ver si contienen pistas para discernir la orientación de un agujero negro. Eventualmente, nuestras futuras mediciones de agujeros negros podrían ser aún más precisas.

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

Crédito de la imagen: Colaboración EHT

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• Fuente: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/