Los agujeros negros supermasivos podrían tener un servicio de entrega cósmica completamente inesperado, proporcionándoles gas y polvo para darse un festín. Esto podría hacer que los titanes cósmicos se alimentaran mucho más rápido de lo que los científicos habían previsto, atiborrándose durante un período de meses en lugar de cientos o incluso miles de años.
Agujeros negros supermasivos con masas millones o incluso miles de millones de veces las de el sol Se cree que habitan los corazones de la mayoría. galaxiasy cuando están rodeados por vastas manchas de gas y polvo llamadas discos de acreción, alimentan cuásares. Los cuásares son los corazones brillantes de las galaxias activas, tan brillantes que pueden eclipsar la luz combinada de todas las estrellas de toda la galaxia que los rodea.
Estos nuevos hallazgos sobre las tasas de alimentación de los agujeros negros podrían ayudar a arrojar luz sobre cómo el vacío supermasivo engulle la materia circundante y cómo este proceso influye en la evolución de las galaxias.
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La investigación es el resultado de simulaciones 3D de alta resolución realizadas por un equipo de científicos que se propusieron comprender la dinámica de los agujeros negros y terminaron capturando una tasa de alimentación sorprendentemente rápida de estos fenómenos esquivos. Además, este aumento de la tasa también puede corroborarse mediante observaciones reales de quásares, algunos de los cuales brillan y se desvanecen a lo largo de un período de meses.
«Cómo llega el gas a un agujero negro para alimentarlo es la cuestión central en la física de los discos de acreción», dijo Nick Kaaz, líder del equipo y astrónomo de la Universidad Northwestern. dijo en un comunicado. «Si sabes cómo sucede esto, sabrás cuánto mide el disco, qué tan brillante es y cómo debería verse la luz cuando lo observamos con telescopios».
Los agujeros negros supermasivos son un verdadero obstáculo para la alimentación
Los agujeros negros supermasivos son tan masivos que cuando giran, arrastran el tejido mismo de su estructura. espacio Y tiempo con ellos, un fenómeno llamado “arrastre de cuadros” o “efecto Lense-Thirring”. Las simulaciones en 3D realizadas con la supercomputadora Summit del Laboratorio Nacional Oak Ridge mostraron que este giro en el espacio se está desgarrando. discos de acreción y los divide en “subdiscos” internos y externos.
Los agujeros negros supermasivos tratan el disco interior como una especie de aperitivo, porque comienzan su cena devorando primero el gas y el polvo que se encuentran allí. Mientras tanto, la materia del disco exterior se filtra y finalmente llena los vacíos dejados por el agujero negro que devora el disco interior. Este disco lleno se convierte en el plato principal, lo que permite que el proceso de alimentación comience de nuevo.
La experiencia gastronómica cósmica del agujero negro de comer, llenarse y luego volver a comer puede tener lugar en tan solo unos pocos meses, sugieren las simulaciones del equipo, lo cual es radicalmente más rápido que las escalas de tiempo calculadas previamente. En última instancia, esto podría explicar por qué algunos quásares parpadean rápidamente y luego desaparecen.
«La teoría clásica del disco de acreción predice que el disco evoluciona lentamente», dijo Kaaz. «Pero ciertos cuásares, que resultan de agujeros negros que consumen gas de sus discos de acreción, parecen cambiar dramáticamente a lo largo de meses o incluso años. Esta variación es tan drástica. »
Kaaz, que también es miembro de Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA), añadió que, según las simulaciones, parece que la parte interna del disco, de donde proviene la mayor parte de la luz del cuásar, se destruye y luego se vuelve a armar.
«La teoría clásica de los discos de acreción no puede explicar esta drástica variación», dijo. «Pero los fenómenos que observamos en nuestras simulaciones podrían explicar esto. El rápido brillo y atenuación son consistentes con la destrucción de las regiones internas del disco».
Los agujeros negros supermasivos se alimentan de giroscopios en lugar de placas
Algunos científicos han sugerido que los discos de acreción que rodean los agujeros negros supermasivos están bastante bien ordenados a pesar de las condiciones violentas que experimentan gracias a la influencia gravitacional de los agujeros negros supermasivos en sus centros. Debido a esta influencia, el gas y el polvo de los discos de acreción orbitan alrededor de los agujeros negros mientras permanecen en el mismo plano y giran en la misma dirección que los vacíos, y el gas cae muy gradualmente hasta el límite exterior del agujero negro. Este límite se conoce como horizonte de sucesos.
«Durante décadas, la gente asumió que los discos de acreción estaban alineados con la rotación del agujero negro», dijo Kaaz. «Pero el gas que alimenta estos agujeros negros no necesariamente sabe en qué dirección gira el agujero negro, entonces, ¿por qué se alinearían automáticamente? Cambiar la alineación cambia la situación dramáticamente».
Esta imagen recién presentada indica un entorno más desordenado y turbulento alrededor de un agujero negro supermasivo en alimentación.
En el centro de todo está el efecto Lense-Thirring, que se vuelve más fuerte cuanto más te acercas al agujero negro central, lo que hace que los discos de acreción se tambaleen y que la región más interna gire más rápido. Esto es comparable a una peonza que comienza a tambalearse a medida que disminuye su velocidad, pero la oscilación del acrecimiento interno es más extrema que la del disco externo.
Esto distorsiona todo el sistema de discos y hace que el gas de diferentes regiones colisione, creando choques brillantes y acercando la materia cada vez más al propio agujero negro supermasivo. Al final, el efecto de oscilación se vuelve tan fuerte que el disco de acreción se parte. Los discos internos y externos resultantes evolucionan por separado y desarrollan diferentes oscilaciones. En este punto, todo el disco de acreción se parece más a los anillos de un giroscopio que a una placa giratoria.
«Cuando el disco interno se desprenda, precederá de forma independiente», dijo Kaaz. «Se está moviendo más rápido porque está más cerca del agujero negro y porque es pequeño, por lo que es más fácil moverse».
Las simulaciones creadas por el equipo indicaron que la alimentación frenética de los agujeros negros supermasivos comienza en la ruptura, o «región de desgarro», entre los discos interior y exterior. Además, esto ocurre cuando la fricción intenta unificar los discos mientras el efecto Lense-Thirring los separa aún más.
«Existe una competencia entre la rotación del agujero negro y la fricción y presión dentro del disco», dijo Kaaz. «La región de lágrima es donde gana el agujero negro. Los discos interno y externo chocan. El disco externo elimina capas del disco interno, empujándolo hacia adentro».
Debido a que los discos están orientados en diferentes ángulos, el disco exterior arroja material sobre el disco interior, lo que acerca el disco interior al agujero negro, acelerando así la velocidad a la que es tragado por el agujero negro. Mientras esto sucede, la inmensa la gravedad del agujero negro atrae el disco exterior, obligándolo a ocupar el lugar del disco interior.
«La región interna de un disco de acreción, de donde proviene la mayor parte del brillo, puede desaparecer por completo, muy rápidamente en unos pocos meses», dijo Kaaz. «Básicamente, lo vemos desaparecer por completo. El sistema deja de ser brillante. Luego se vuelve a iluminar y el proceso se repite. La teoría convencional no tiene forma de explicar por qué desaparece en primer lugar, y no explica cómo se llena tanto». rápidamente.»
La investigación del equipo fue presentada el miércoles 20 de septiembre en The Astrophysical Journal.
