Investigadores del Instituto Flatiron, junto con otros colaboradores, han rastreado la fuente del magnetismo de los agujeros negros hasta sus estrellas progenitoras, como se detalla en la edición del 18 de noviembre de 'The Astrophysical Journal Letters.'
Cuando una estrella explota como una supernova, queda un remanente denso conocido como protoestrella de neutrones, que eventualmente puede colapsar en un agujero negro. Ore Gottlieb, autor principal del estudio y becario de investigación en el Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en Nueva York, declaró: "Las protoestrellas de neutrones son las madres de los agujeros negros; cuando colapsan, nace un agujero negro. A medida que se forma este agujero negro, el disco circundante de la protoestrella de neutrones fijará sus líneas magnéticas al agujero negro." Esta comprensión arroja luz sobre cómo los agujeros negros alimentan los estallidos de rayos gamma, las explosiones más luminosas del universo.
El equipo de investigación simuló el ciclo de vida de una estrella que lleva a su colapso en un agujero negro, centrándose en flujos como los chorros responsables de los estallidos de rayos gamma. Se encontraron con desafíos al modelar el comportamiento del campo magnético durante el colapso. Gottlieb comentó: "No estábamos seguros de cómo modelar el comportamiento de estos campos magnéticos durante el colapso de la estrella de neutrones en el agujero negro." Esto llevó a una investigación más profunda sobre el origen de los campos magnéticos.
Teorías anteriores sugerían que las líneas del campo magnético de una estrella en colapso se comprimen al ser absorbidas por el agujero negro, teóricamente amplificando el magnetismo. Sin embargo, esta compresión detendría la rotación de la estrella, impidiendo la formación de un disco de acreción necesario para los chorros y los estallidos de rayos gamma. Gottlieb observó: "Parece ser mutuamente excluyente. Necesitas dos cosas para que se formen chorros: un campo magnético fuerte y un disco de acreción. Pero un campo magnético adquirido por tal compresión no formará un disco de acreción, y si reduces el magnetismo para permitir la formación del disco, entonces no será lo suficientemente fuerte como para producir chorros."
El avance llegó al considerar los discos de acreción de las estrellas de neutrones en colapso. Gottlieb explicó: "Las simulaciones anteriores solo consideraron estrellas de neutrones aisladas y agujeros negros aislados, donde todo el magnetismo se pierde durante el colapso. Descubrimos que estas estrellas de neutrones tienen sus propios discos de acreción, al igual que los agujeros negros. Esto nos llevó a proponer que un disco de acreción podría preservar el campo magnético de la estrella de neutrones, permitiendo que el agujero negro herede estas líneas de campo magnético."
Los cálculos confirmaron que, en la mayoría de los casos, la formación de un disco de acreción alrededor de un agujero negro ocurre más rápido que la pérdida del campo magnético de la estrella de neutrones. Este hallazgo apoya la idea de que los agujeros negros pueden retener el campo magnético de su estrella de neutrones progenitora.
Gottlieb enfatizó las significativas implicaciones para los estudios de formación de chorros en agujeros negros, afirmando: "Este estudio cambia la forma en que pensamos sobre qué tipos de sistemas pueden soportar la formación de chorros. Si sabemos que los discos de acreción implican magnetismo, entonces, en teoría, todo lo que necesitas es una formación temprana del disco para alimentar chorros." Expresó interés en repensar las conexiones entre las poblaciones de estrellas y la formación de chorros a la luz de este descubrimiento.
Gottlieb destacó la naturaleza colaborativa del proyecto y los recursos proporcionados por el CCA que hicieron posible este estudio, señalando: "Esta fue una colaboración multidisciplinaria que nos permitió abordar esta pregunta desde diferentes direcciones y formar una imagen coherente de la evolución de una estrella después del colapso." Los generosos recursos computacionales del CCA nos permitieron realizar simulaciones del colapso de manera más consistente que nunca, contribuyendo a un enfoque innovador.