Escapar de la quema: jets y vientos en agujeros negros

Si hiciéramos una lista de cuáles son los objetos astronómicos que más interés despiertan, es fácil imaginar que los agujeros negros estarían en ella. Han fascinado a la humanidad desde que se postularon conceptualmente, con creciente interés a medida que las observaciones han ido confirmando su existencia por múltiples vías. Repasemos el porqué. Un agujero negro es un cuerpo tan compacto, es decir, que agrupa tanta masa en tan poco espacio, que podemos definir una distancia mínima —a la que llamamos horizonte de sucesos— dentro de la cual habría que viajar más rápido que la luz para escapar. Esto último no es posible de acuerdo a la teoría general de la relatividad, lo que da lugar a su nombre (no emiten luz) y a un montón de problemas teóricos muy interesantes, como la pérdida de información. Además, en sus inmediaciones suceden fenómenos físicos únicos, algunos de ellos puestos de manifiesto, brillantemente a mi entender, en películas como Interstellar (recomiendo verla, y leer el libro del profesor Kip Thorne sobre la física que la inspira).

Experimentar con lo que sucede cuando cruzamos el horizonte de sucesos no es posible, al menos con la física que conocemos actualmente. Sin embargo, sí podemos estudiar qué ocurre cuando nos aproximamos mucho a él. Obviamente, no tenemos un agujero negro en una probeta para observar, por ejemplo, su interacción con la materia común. La astrofísica, por suerte, tiene la ventaja de usar el Universo como su laboratorio particular, y ahí disponemos de miles de millones de ellos a los que mirar. En particular, los que están suficientemente cerca de fuentes de materia, como la de estrellas compañeras en sistemas binarios, o en el centro de galaxias, nos revelan su posición al acretar, es decir, al nutrirse de esta materia. Frecuentemente, además, lo hacen de manera muy poco discreta, siendo el origen de algunas de las fuentes de luz más intensas y energéticas que conocemos. Cuando observamos sus inmediaciones con nuestros telescopios, vemos que a su alrededor se originan diferentes tipos de estructuras. La mejor entendida son los discos, formados por la espiral de material que cae hacia el horizonte de sucesos, como agua por el desagüe. Pero hay más y, sorprendentemente, tienen que ver con materia que en vez de caer, escapa de la quema.

Los más obvios son los jets, término anglosajón que por su simplicidad creo que es mejor describir que traducir. De hecho, los podemos fotografiar directamente en ondas de radio, ya que en algunos casos alcanzan un tamaño muy superior al objeto que los origina; y cuando este es una galaxia, se pueden imaginar: millones de años-luz de punta a punta en el caso de las majestuosas radiogalaxias (imagen). Los jets creemos que se forman muy cerca del agujero negro por procesos magnéticos, y son literalmente chorros de electrones, normalmente viajando en direcciones opuestas, que se alejan del objeto central (por ejemplo, la galaxia de la imagen que acompaña este texto) a velocidades cercanas a la de la luz; la única manera de escapar. En los agujeros negros de masa estelar, los que surgen directamente de la muerte de estrellas masivas, también vemos jets, que comparados con los pequeños objetos que los emiten son igualmente enormes. En estos casos podemos incluso observar cómo cambian en escalas de tiempo de pocos días, siguiendo de manera precisa las variaciones en la luz emitida por el disco, lo que permite tomar medidas únicas de todo el proceso. Los jets no transportan mucha masa, pero al viajar tan rápido son capaces de extraer muchísima energía y reinyectarla fuera de los dominios del agujero negro. Sería difícil entender el Universo sin ellos.

El otro proceso que usa la materia para huir de la quema no es tan visible, y hemos tardado más en descubrirlo, pero es quizá más efectivo. Los vientos se originan algo más lejos del agujero negro y les bastan velocidades más 'modestas', de unos pocos miles de kilómetros por segundo, para escapar. Al contrario que los jets, debemos imaginarlos como andanadas de gas (pues eso, vientos) que vuelan fuera de los dominios del agujero negro en casi cualquier dirección. Usando principalmente el Gran Telescopio Canarias, y los telescopios europeos en Chile, en el IAC llevamos ya más de diez años estudiando vientos en agujeros negros estelares, en particular una clase que hemos bautizado como vientos fríos. En este tiempo hemos entendido que se trata de un fenómeno muy común en esos entornos tan extremos del Universo y que son capaces de rescatar buena parte del material que estaba destinado a ser tragado por el agujero negro. Actúan como reguladores involuntarios, pero muy eficientes, del tráfico en dirección al horizonte de sucesos —quizás moldeando otros procesos físicos que resultan de juntar agujeros negros y grandes cantidades de gas. Ahora, el reto es entender cómo se forman, y si guardan relación directa con sus vecinos los jets. Para ello deberían tener también, al menos en parte, un origen magnético. En teoría es posible, pero sobre el papel no está nada claro. Seguiremos investigando e informando. 

Biografía

Teo Muñoz Darias (https://teomunozdarias.wordpress.com/) nació en San Sebastián de La Gomera y creció en La Rioja, Navarra y Tenerife. Tras obtener el título de Doctor en Astrofísica por la Universidad de La Laguna, se marchó a Italia para trabajar como investigador postdoctoral en el Observatorio de Brera. A esta experiencia siguieron sendas estancias postdoctorales Marie Curie en Reino Unido, en las Universidades de Southampton y Oxford. Siempre dedicado al estudio de los agujeros negros, actualmente es investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias, donde dirige una línea de investigación dentro del grupo de objetos compactos (https://research.iac.es/proyecto/compactos/pages/en/introduction.php).

***Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez.