Científicos descubren mecanismo de energía oculto en el agujero negro M87
Astrofísicos de la Universidad Goethe de Frankfurt han simulado cómo el agujero negro supermasivo M87* impulsa su chorro de partículas masivo utilizando un nuevo código numérico. Sus hallazgos revelan que la reconexión magnética, junto con el mecanismo tradicional de Blandford-Znajek, extrae energía rotacional del agujero negro. Este descubrimiento explica los chorros inmensos que influyen en la evolución de las galaxias.
El agujero negro supermasivo M87*, ubicado en el centro de la galaxia M87, tiene una masa de seis mil quinientos millones de masas solares y gira rápidamente sobre su eje. Impulsa un chorro de partículas expulsado a casi la velocidad de la luz, que se extiende 5.000 años luz. Tales chorros dispersan energía y materia por el universo y moldean las galaxias.
Un equipo liderado por el Prof. Luciano Rezzolla en la Universidad Goethe de Frankfurt desarrolló el código de partículas en celda de Frankfurt para espacios-tiempos de agujeros negros (FPIC). Este código simula la conversión de energía rotacional en chorros de partículas con alta precisión. Las simulaciones muestran que, además del mecanismo de Blandford-Znajek —que extrae energía a través de campos magnéticos fuertes—, la reconexión magnética juega un papel clave. En este proceso, las líneas de campo magnético se rompen y se reorganizan, convirtiendo la energía magnética en calor, radiación y erupciones de plasma.
El código FPIC modeló la evolución de partículas cargadas y campos electromagnéticos bajo la gravedad del agujero negro, resolviendo las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones de movimiento para electrones y positrones según la relatividad general de Einstein. Estos cálculos requirieron millones de horas de CPU en el supercomputador "Goethe" en Frankfurt y el "Hawk" en Stuttgart.
En el plano ecuatorial del agujero negro, las simulaciones revelaron una intensa actividad de reconexión que forma cadenas de plasmoides —burbujas de plasma energéticas— que se mueven a casi la velocidad de la luz. Esto genera partículas con energía negativa, impulsando chorros y erupciones.
El Dr. Claudio Meringolo, principal desarrollador del código, declaró: "Simular tales procesos es crucial para entender la dinámica compleja de plasmas relativistas en espacios-tiempos curvos cerca de objetos compactos, que están gobernados por la interacción de campos gravitacionales y magnéticos extremos."
El Dr. Filippo Camilloni añadió: "Nuestros resultados abren la fascinante posibilidad de que el mecanismo de Blandford-Znajek no sea el único proceso astrofísico capaz de extraer energía rotacional de un agujero negro, sino que la reconexión magnética también contribuye."
El Prof. Rezzolla explicó: "Con nuestro trabajo, podemos demostrar cómo se extrae eficientemente la energía de agujeros negros rotantes y se canaliza en chorros. Esto nos permite ayudar a explicar las luminosidades extremas de los núcleos galácticos activos, así como la aceleración de partículas a casi la velocidad de la luz."
La investigación se basa en observaciones históricas: En 1781, Charles Messier describió M87 como una "nebulosa sin estrellas", y su chorro fue descubierto en 1918. Los hallazgos se publican en The Astrophysical Journal Letters (2025; 992 (1): L8).