Primera prueba de que existen "regiones en caída" alrededor de los agujeros negros

Utilizando datos de rayos X de los satélites NuSTAR y NICER de la NASA para probar una predicción clave de la teoría de la gravedad de Einstein, un equipo internacional de astrofísicos ha publicado la primera prueba observacional de que una “región de hundimiento” alrededor de los agujeros negros no sólo existe, sino que ejerce algunas de las fuerzas gravitacionales más fuertes identificadas hasta ahora en la galaxia.

Un agujero negro de masa estelar en órbita con una estrella compañera ubicada a unos 6.000 años luz de la Tierra. Una imagen de NuSTAR superpuesta a una ilustración artística de un agujero negro en proceso de acreción. Este artículo proporciona la primera prueba observacional de la presencia de material en la denominada "región de hundimiento", entre el borde interior del disco de acreción y el horizonte de sucesos del agujero negro. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech

A diferencia de la teoría de la gravedad de Newton, la teoría de Einstein descubre que las partículas que se encuentran lo suficientemente cerca de un agujero negro no pueden seguir órbitas circulares. En cambio, se “precipitan” rápidamente hacia el agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, lo que da nombre a la región de hundimiento. Este estudio utilizó datos de rayos X para encontrar evidencia del material que se hunde y comprender las fuerzas generadas por los agujeros negros.

“Este es el primer vistazo a cómo el plasma, desprendido del borde exterior de una estrella, experimenta su caída final en un agujero negro”, dijo el Dr. Andrew Mummery de la Universidad de Oxford, quien dirigió el estudio. “Lo que es realmente emocionante es que hay muchos agujeros negros en la galaxia, y ahora tenemos una nueva y poderosa técnica para usarlos para estudiar los campos gravitatorios más fuertes conocidos”.

“La teoría de Einstein predice que debería existir este salto final, pero esta es la primera vez que hemos podido demostrar que esto sucede”, continuó Mummery. “Piense en ello como un río que se convierte en una cascada: hasta ahora, hemos estado observando el río. Esta es nuestra primera visión de la cascada”.

“Esto representa un nuevo y emocionante avance en el estudio de los agujeros negros, que nos permite investigar esta última zona que los rodea. Solo así podremos comprender por completo la fuerza gravitacional”, añadió Mummery. “Esta caída final del plasma ocurre en el borde mismo de un agujero negro y muestra cómo la materia responde a la gravedad en su forma más intensa posible”.

Los astrofísicos llevan algún tiempo intentando comprender lo que ocurre cerca del horizonte de sucesos del agujero negro y lo hacen estudiando los discos de material que orbitan a su alrededor. En la región final del espacio-tiempo, conocida como la región de inmersión, es imposible que el material detenga su descenso final hacia el agujero negro, por lo que está condenado a desaparecer.

Durante muchas décadas, los astrofísicos han estado debatiendo si la denominada región de inmersión sería detectable. El equipo de Mummery pasó los últimos años desarrollando modelos para ella y, en el estudio publicado recientemente  en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, demuestra su primera detección confirmada utilizando NuSTAR.

Publicado en NuStar el 16 de mayo de 2024, enlace publicación.