La concepción popular dice que nada puede escapar de un agujero negro. Una vez que algo pasa por el horizonte de eventos, el llamado punto sin retorno, permanece allí para siempre, atado por un campo gravitacional del que ni siquiera la luz puede escapar.
Pero un agujero negro en rotación genera grandes cantidades de energía que, teóricamente, se puede extraer de la ergosfera, una región que se encuentra justo en el exterior del horizonte de eventos. Esto se ha demostrado tanto teórica como experimentalmente, y ahora un equipo de astrofísicos ha encontrado lo que creen que es evidencia observacional de ello.
La pistola humeante es el estallido de rayos gamma más poderoso que jamás hayamos detectado, GRB 190114C, un destello colosal que registra alrededor de un billón de electronvoltios (1 TeV), desde 4.500 millones de años luz de distancia.
“Los estallidos de rayos gamma, los objetos transitorios más poderosos del cielo, liberan energías de hasta unos 1054 erg en solo unos segundos ” dijo el astrofísico Remo Ruffini
“¡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! Se ha pensado que los estallidos de rayos gamma son impulsados por un mecanismo desconocido, por masa estelar agujeros negros. “
El año pasado, Ruffini y sus colegas encontraron una solución para este mecanismo, un proceso al que llamaron hipernova impulsada por binarios.
Comienza con un sistema binario cerrado que consta de 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.
(El núcleo de la estrella de carbono-oxígeno se colapsa en una segunda estrella de neutrones, lo que resulta en una binaria de agujero negro-estrella de neutrones).
Ahora, en un nuevo periódico, Ruffini y sus colegas dirigidos por Rahim Moradi de ICRANet han descrito el mecanismo que puede lanzar un estallido de rayos gamma de tan alta energía: la aceleración de partículas a lo largo de las líneas del 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”, Ruffini explicó, “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 ultraaltas que conducen a radiación de alta energía y energía ultra alta rayos cósmicos.”
Los chorros relativistas, o casi a la velocidad de la luz, no son infrecuentes en los núcleos galácticos activos, los monstruos supermasivos del agujero negro en los núcleos de las galaxias. Se cree que estos chorros se forman a partir del proceso de acreción, que es el siguiente.
Un enorme disco de material gira alrededor del agujero negro activo, cayendo en él desde el borde interior, pero no todo este material cae sobre el agujero negro. Parte de ella, creen los astrónomos, se canaliza y acelera a lo largo de las líneas del campo magnético alrededor del exterior del agujero negro hasta los polos, donde se lanza al espacio en forma de chorros colimados.
Sabemos que los agujeros negros y las estrellas de neutrones pueden tener poderosos campos magnéticos, y la evidencia sugiere que estos pueden actuar como un sincrotrón (un tipo de acelerador de partículas). 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 cuanto 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.
La estrella de carbono-oxígeno se convierte en supernova, mientras que el núcleo se colapsa en una estrella de neutrones; parte de ese material expulsado vuelve a caer sobre la estrella de neutrones recién formada, produciendo un resplandor de rayos X, según lo observado por el telescopio Swift.
Parte del material también cae sobre la compañera de la estrella de neutrones, empujándola por encima del límite de masa para formar un agujero negro; este proceso habría sido suave, tomando solo 1,99 segundos. Luego, el material continúa cayendo sobre el agujero negro recién formado, produciendo un estallido de rayos gamma de 1,99 a 3,99 segundos.
Finalmente, más material que cae sobre el agujero negro da como resultado la formación de chorros y radiación gamma en el rango de gigaelectronvoltios, a partir de la extracción de energía rotacional.
Otros científicos pueden no estar de acuerdo con los hallazgos; un equipo el año pasado descubrió que el estallido de rayos gamma fue el resultado de un colapso del campo magnético, por ejemplo. Puede que ni siquiera se aplique a todas las explosiones de rayos gamma. Sin embargo, todas las partes parecen encajar perfectamente con las observaciones de GRB 190114C.
“La prueba de que podemos usar la energía rotacional extraíble de un agujero negro para explicar las emisiones de chorro de alta energía de los estallidos de rayos gamma y los núcleos galácticos activos es única”. Ruffini dijo.
“Una larga marcha de progreso teórico sucesivo y la nueva física descubierta utilizando observaciones de GRB ha llevado a este resultado que ha sido [awaited] durante unos 50 años de astrofísica relativista “.
La investigación ha sido publicada en Astronomía y Astrofísica.
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