Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Utsunomiya han logrado un gran avance en la comprensión de la compleja naturaleza de la turbulencia en estructuras llamadas “discos de acreción” que rodean los agujeros negros, utilizando supercomputadoras de última generación para realizar las simulaciones de mayor resolución hasta la fecha. Un disco de acreción, como su nombre indica, es una masa de gas en forma de disco que gira en espiral hacia un agujero negro central.
Existe un gran interés en estudiar las propiedades únicas y extremas de los agujeros negros. Sin embargo, los agujeros negros no dejan escapar la luz y, por tanto, no pueden ser percibidos directamente por los telescopios. Para buscar agujeros negros y estudiarlos, nos fijamos en cómo afectan a su entorno. Los discos de acreción son una forma de observar indirectamente los efectos de los agujeros negros, ya que emiten radiación electromagnética que puede verse con telescopios.
“La simulación precisa del comportamiento del disco de acreción mejora significativamente nuestra comprensión de los fenómenos físicos que rodean los agujeros negros”, explica Yohei Kawazura, “y proporciona información importante para interpretar los datos de observación del Telescopio del Horizonte de Sucesos”.
Los investigadores han utilizado supercomputadoras como la “Fugaku” de RIKEN (la computadora más rápida del mundo en 2022) y la “ATERUI II” de NAOJ para realizar simulaciones de alta resolución sin precedentes. Aunque ha habido simulaciones numéricas previas de discos de acreción, ninguna ha observado el rango inercial debido a la falta de recursos computacionales. Este estudio es el primero en reproducir con éxito el “rango de inercia” que conecta remolinos grandes y pequeños en la turbulencia del disco de acreción.
También se descubrió que en este rango dominan “ondas magnéticas lentas”. Este hallazgo explica por qué los iones se calientan selectivamente en el disco de acreción. Los campos electromagnéticos turbulentos en el disco de acreción interactúan con partículas cargadas, acelerando potencialmente algunas a energías extremadamente altas.
En magnetohidrodinámica, las ondas magnetosónicas (lentas y rápidas) y las ondas de Alfvén forman los tipos fundamentales de ondas. Las ondas magnéticas lentas dominan el límite de inercia y transportan casi el doble de energía que las ondas de Alfvén. El estudio también destaca una diferencia fundamental entre la turbulencia del disco de acreción y la turbulencia del viento solar, donde dominan las ondas de Alfvén.
Se espera que este avance mejore la interpretación física de los datos de observación de los radiotelescopios enfocados en regiones cercanas a los agujeros negros.
El estudio fue publicado Avances de la ciencia El 28 de agosto de 2024.