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La mecánica detallada de cómo la materia cae sobre un agujero negro desde fuera del horizonte de eventos se han revelado en un nuevo artículo.

Como lo predijo La teoría de la gravedad de Einstein.hay un punto en el que el material deja de rodear el agujero negro y cae hacia abajo, hundiéndose precipitadamente más allá del punto de no retorno.

Ahora, en los datos de rayos X de un agujero negro activo, finalmente hemos visto pruebas de que esta «región de inmersión» existe.

«La teoría de Einstein predijo que esta caída final existiría, pero esta es la primera vez que hemos podido demostrar que sucede». dice el físico teórico Andrew Mummery de la Universidad de Oxford en el Reino Unido.

«Imagínelo como un río que se convierte en una cascada; hasta ahora hemos estado mirando el río. Esta es la primera vez que vemos la cascada».

La materia que se dirige hacia un agujero negro no sigue una línea recta. Da vueltas, como agua arremolinándose, girando en espiral, inexorablemente hacia un desagüe. Éste no es un símil vano: tan acertada es la comparación que los científicos utilizar vórtices de agua arremolinados para estudiar los entornos alrededor agujeros negros.

La Vía Láctea con la ubicación de MAXI J1820+070 marcada por una cruz blanca. Recuadro: datos de Chandra que muestran el parpadeo del agujero negro en 2018. (NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasse et al./PanSTARRS)

Estudiar los agujeros negros en sí es un poco complicado, porque el espacio-tiempo deformado que los rodea es muy extremo.

Pero hace décadas, el trabajo teórico de Albert Einstein predijo que, a cierta proximidad del agujero negro, la materia ya no podría seguir una órbita circular estable y caería directamente hacia abajo, como el agua sobre el borde de ese drenaje análogo.

No hay razón para creer que este no sea el caso – la materia tiene que cruzar el horizonte de sucesos de alguna manera, y la teoría de la gravedad de Einstein ha resistido el escrutinio en todos los ámbitos – pero de lo que los astrofísicos no han estado seguros es de si seríamos o no capaz de detectarlo.

El trabajo de Mummery y sus colegas tuvo múltiples partes. Uno de ellos fue el desarrollo de simulaciones y modelos numéricos que representan la región de inmersión para revelar el tipo de luz que emite. Después de eso, necesitaban evidencia observacional que contuviera la misma emisión de la región en descenso.

El agujero negro en cuestión se encuentra en un sistema a unos 10.000 años luz de distancia llamado MAXI J1820+070. Este sistema contiene un agujero negro de aproximadamente 8,5 veces la masa del Sol y una estrella binaria compañera, de la cual el agujero negro extrae material a medida que el par de objetos orbita, alimentándose en ráfagas que se manifiesta como parpadeo de rayos X.

Los astrónomos han estado observando este agujero negro para comprender mejor su comportamiento, por lo que los investigadores pudieron acceder a datos de muy alta calidad obtenidos mediante rayos X. nustar y MEJOR instrumentos en órbita terrestre baja. En particular, se centraron en un estallido ocurrido en 2018.

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Estudios anteriores habían señalado que se detectó un brillo adicional en las observaciones de este estallido que no podía explicarse del todo.

A estudio 2020 Se especuló que este resplandor puede surgir desde dentro de la región de órbita circular estable más interna, es decir, la zona de inmersión. Mummery y sus colegas estudiaron este brillo con especial cuidado y descubrieron que coincidía con la emisión que obtuvieron de sus simulaciones.

Esto, dicen los investigadores, finalmente establece la existencia de la región de inmersión, sin lugar a dudas, brindándonos una nueva sonda para el régimen gravitacional extremo en la región inmediatamente fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro.

«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 gravitacionales más fuertes conocidos». Mummery dice.

«Creemos que esto representa un nuevo e interesante desarrollo en el estudio de los agujeros negros, que nos permitirá investigar esta última área a su alrededor.

Sólo entonces podremos comprender completamente la fuerza gravitacional. Esta caída final de plasma ocurre en el borde mismo de un agujero negro y muestra que la materia responde a la gravedad en su forma más fuerte posible».

La investigación ha sido publicada en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.