A unos 12 millones de años luz de la Tierra existe una galaxia que alberga uno de los laboratorios naturales más extremos del universo. En su centro se esconde un agujero negro con una masa equivalente a unos 60 millones de soles, capaz de impulsar enormes chorros de materia a velocidades cercanas a la de la luz. Sin embargo, durante décadas, los astrónomos observaron algo que no terminaba de encajar: aquellos chorros brillaban más en los bordes que en el centro.
El fenómeno resultaba desconcertante porque, en modelos relativamente sencillos, se esperaría que la emisión fuera más intensa hacia el interior del chorro. Las observaciones del Event Horizon Telescope, el mismo conjunto de radiotelescopios que permitió obtener la primera imagen de un agujero negro, confirmaron que la estructura de Centaurus A era mucho más compleja.
Ahora, investigadores de la Universidad de Würzburg, en Alemania, han conseguido reproducir ese extraño comportamiento mediante simulaciones informáticas. Su explicación apunta a un protagonista diminuto frente a las escalas astronómicas involucradas: los electrones que viajan por los campos magnéticos del plasma. El estudio, publicado en Astronomy & Astrophysics, conecta por primera vez en este modelo los movimientos de partículas microscópicas con estructuras que se extienden durante varios días luz.
Un agujero negro que expulsa materia a velocidades extraordinarias
Centaurus A, también conocida como NGC 5128, es especialmente importante para los astrónomos porque su relativa proximidad permite observar fenómenos difíciles de distinguir en galaxias mucho más lejanas. Su agujero negro central está rodeado por material caliente que cae hacia él, formando una estructura conocida como disco o flujo de acreción.
No toda esa materia termina atravesando el horizonte de sucesos. Una parte participa en procesos electromagnéticos capaces de producir chorros de plasma que se extienden desde las inmediaciones del agujero negro hasta enormes distancias.
Las observaciones del Event Horizon Telescope revelaron un comportamiento peculiar en la región interior de esos chorros: los extremos laterales presentaban una emisión especialmente intensa, mientras que su zona central era comparativamente más débil. El equipo alemán decidió investigar si esa distribución podía explicarse considerando con mayor precisión la física del plasma, un gas formado por partículas eléctricamente cargadas.
La respuesta estaba escondida en el movimiento de los electrones
Para resolver el misterio, los investigadores incorporaron a sus simulaciones el comportamiento de electrones extremadamente energéticos que se desplazan siguiendo las líneas de los campos magnéticos.
Estas partículas generan radiación sincrotrón, una forma de emisión electromagnética producida cuando las partículas cargadas se aceleran bajo la influencia de un campo magnético. Su intensidad depende, entre otros factores, de la orientación de ese campo y de la distribución de velocidades de los electrones. Cuando el equipo introdujo estos efectos en sus cálculos, apareció el resultado que buscaban: los bordes de los chorros se iluminaban mientras el centro permanecía relativamente oscuro.
El modelo también consiguió reproducir con gran precisión las observaciones del Event Horizon Telescope a una longitud de onda de 1,3 milímetros. Felix Glaser, investigador principal del estudio, explicó que esta coincidencia sugiere que los científicos están empezando a comprender una parte fundamental de los mecanismos que gobiernan los chorros relativistas. Los resultados fueron publicados en Astronomy & Astrophysics.
Un descubrimiento que podría explicar algunos de los mayores aceleradores de partículas del universo
Lo más importante es que este comportamiento podría no ser exclusivo de Centaurus A. Los investigadores consideran que procesos similares podrían actuar en los chorros de otros agujeros negros supermasivos, ayudando a explicar cómo aceleran partículas hasta energías extraordinarias. Además, el estudio relaciona la física de los agujeros negros con un campo de investigación aparentemente muy diferente: la fusión nuclear. En ambos casos, comprender cómo interactúan las partículas cargadas con los campos magnéticos resulta fundamental.
Los nuevos radiotelescopios que comenzarán a operar durante los próximos años permitirán comprobar hasta qué punto estos modelos representan lo que realmente ocurre alrededor de los agujeros negros.
La conclusión es fascinante: uno de los fenómenos más gigantescos y violentos del universo podría depender de cómo se comportan partículas extraordinariamente pequeñas. Y la luz que aparece en los bordes de esos chorros acaba de proporcionar una pista fundamental para comprenderlo.
