Los científicos han cultivado en la Tierra un entorno similar al de un agujero negro, creando un disco rotatorio de plasma en un laboratorio. Este anillo de gas sobrecalentado imita la materia que gira alrededor del borde de los agujeros negros, formando los llamados “discos de acreción” que alimentan gradualmente a los agujeros negros.
Experimento realizado por investigadores del Imperial College de Londres podría ayudar enormemente a los científicos. En primer lugar, a responder la pregunta de cómo los agujeros negros crecen al consumir la materia que los rodea. El resultado de este experimento de laboratorio fue publicado en la revista Physical Review Letters (ref.).
El disco de acreción
Los discos de plasma fueron inmortalizados cuando el Event Horizon Telescope (EHT) capturó la primera imagen directa de un agujero negro. En la histórica imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87 (M87) y en la imagen del supermasivo Sagitario A* de la Vía Láctea, el anillo de plasma que rodea al oscuro agujero negro central es de un naranja brillante.
Este anillo se forma cuando la materia es atraída hacia un agujero negro. La inmensa influencia gravitacional crea condiciones turbulentas y violentas, calentando el gas y arrancando electrones de los átomos. Esto transforma el gas en plasma, un mar de átomos sin electrones. El plasma forma un disco de acreción que se mantiene en su lugar por la fuerza centrífuga generada por la rotación y la fuerza de gravedad hacia el interior.
La estabilidad ocasionalmente se ve interrumpida, lo que provoca la caída de material del disco hacia la superficie del agujero negro, y los científicos aún no están seguros de cómo ocurren estas inestabilidades. Esto es importante para nuestra comprensión de los agujeros negros, ya que no pueden crecer sin que se acumule material en ellos.
El agujero negro de laboratorio
Los científicos apenas pueden recrear un agujero negro como el de M87, que tiene una masa 4,5 mil millones de veces la del Sol. Sin embargo, para estudiar los entornos de estos titanes cósmicos, la única opción que tenemos es recrear el plasma que los rodea en un laboratorio.
Para generar el agujero negro en el laboratorio, el equipo utilizó la máquina Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) para hacer girar el plasma y crear una réplica precisa de los discos de acreción. Esto requirió acelerar ocho chorros de plasma y hacer que colisionaran para crear una columna giratoria. Los científicos descubrieron que el plasma se mueve más rápidamente en las regiones internas de la columna, lo que se cree que es una característica fundamental de los discos de acreción.
A pesar de que permite una mejor modelación de los discos de acreción, el experimento es solo una prueba de concepto. Principalmente debido a que MAGPIE solo puede generar breves pulsos de plasma, lo que limita las observaciones del equipo a no más de una rotación completa del disco. Repetir el experimento con pulsos de plasma más largos debería permitir que el equipo caracterice mejor los discos de acreción.
El papel de los campos magnéticos
Uno de los posibles mecanismos que causan inestabilidades en estos discos de plasma son los campos magnéticos. Estos generan fricción que provoca una pérdida de energía en la materia y se traduce en un crecimiento en la superficie de los agujeros negros. Pulsos de plasma más largos en el laboratorio también permitirían introducir campos magnéticos en el sistema, lo que permitiría a los investigadores probar este mecanismo.
“Estamos apenas comenzando a tener la posibilidad de observar estos discos de acreción de manera completamente nueva, incluyendo nuestros experimentos y las imágenes de los agujeros negros obtenidas con el Telescopio del Horizonte de Sucesos”, afirmó Valenzuela-Villaseca. “Estos nos permitirán probar nuestras teorías y ver si coinciden con las observaciones astronómicas”.