Unas supercomputadoras simulan la turbulencia en discos de acreción de los agujeros negros

Un grupo de investigadores conformado por integrantes de Universidad de Tohoku y de la Universidad Utsunomiya han logrado un gran avance en la comprensión de los discos de acreción que rodean los agujeros negros, gracias a simulaciones de alta resolución realizadas con supercomputadoras de última generación. Estas simulaciones, las más detalladas hasta la fecha, permiten estudiar la turbulencia en estos discos, proporcionando información crucial para entender los fenómenos físicos que ocurren en las cercanías de un agujero negro.

Los discos de acreción son estructuras de gas que se mueven en espiral hacia un agujero negro central. Debido a que los agujeros negros no emiten luz, son invisibles para los telescopios convencionales. Sin embargo, los discos de acreción emiten radiación electromagnética, lo que permite a los astrónomos observar indirectamente la presencia y el comportamiento de los agujeros negros.

Según Yohei Kawazura, investigador de la Tohoku y miembro del equipo que llevó a cabo el estudio, "la simulación precisa del comportamiento de los discos de acreción mejora significativamente nuestra comprensión de los fenómenos físicos que rodean a los agujeros negros. Y proporciona información crucial para interpretar los datos de observación del Event Horizon Telescope".

Para llevar a cabo estas simulaciones, los científicos utilizaron supercomputadoras de útima generación, como "Fugaku" de RIKEN, que fue la computadora más rápida del mundo hasta 2022, y "ATERUI II" de los National Astronomical Observatories of Japan (NAOJ). Aunque las simulaciones numéricas de discos de acreción no son una novedad, esta investigación es la primera en reproducir con éxito el "rango inercial", una característica clave que conecta los remolinos grandes y pequeños en la turbulencia dentro de estos discos.

Uno de los hallazgos más relevantes del estudio es el descubrimiento de que las "ondas magnetosónicas lentas" dominan este rango inercial. Estas ondas juegan un papel crucial en el selectivo calentamiento de los iones en los discos de acreción, un proceso en el que los campos electromagnéticos turbulentos interactúan con partículas cargadas, acelerándolas a energías extremadamente altas.

En el campo de la magnetohidrodinámica, las ondas magnetosónicas (tanto lentas como rápidas) y las ondas de Alfvén (perturbaciones típicas de la corona solar), son los tipos básicos de ondas. Este estudio reveló que las ondas magnetosónicas lentas transportan aproximadamente el doble de energía que las ondas de Alfvén en el rango inercial de los discos de acreción, lo que representa una diferencia fundamental con la turbulencia observada en el viento solar, donde predominan las ondas de Alfvén.

Este avance en la simulación de la turbulencia en los discos de acreción se espera que mejore la interpretación de los datos obtenidos por radiotelescopios, como los utilizados por el Event Horizon Telescope, que están enfocados en estudiar las regiones cercanas a los agujeros negros. Los resultados de este innovador estudio han sido publicados en la revista Science Advances, marcando un hito en la astrofísica computacional y ofreciendo nuevas perspectivas para futuras investigaciones en este campo.

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