Los Modelos de Agujeros Negros se Contradicen con las Observaciones

Los agujeros negros no pueden observarse directamente, sólo indirectamente a través de sus efectos en la materia circundante. Las estrellas binarias, en las que una "estrella" es un agujero negro, son un ejemplo perfecto de ello. En estos sistemas, el agujero negro puede atraer gravitacionalmente -acumular- materia de su estrella compañera.

Debido a la conservación del momento angular, la materia que se transfiere se ve obligada a entrar en una órbita circular alrededor de la estrella, donde el plasma acaba extendiéndose para formar un disco plano de gas alrededor del objeto compacto, conocido como disco de acreción. A medida que el gas del disco de acreción se encoge cada vez más en el pozo de potencial gravitatorio del agujero negro, el disco se calienta por disipación viscosa al transportar el momento angular hacia fuera y la materia hacia dentro.

La pérdida de energía potencial gravitatoria es tan grande que el material que se acrecienta se calienta hasta decenas de millones de Kelvin emitiendo una radiación de alta energía, como los rayos X. La periodicidad con la que se observan estos rayos X permite a los astrofísicos determinar la dinámica orbital y, por tanto, la masa del agujero negro "invisible", así como su giro.

Sin embargo, interpretar correctamente los espectros de emisión puede ser un gran reto -debido al número de variables que intervienen- y requiere modelos complejos para hacer predicciones. Una de las predicciones teóricas resultantes es la cantidad de ionización del hierro que se produce en los discos de acreción, que es superior a la observada. En la actualidad, este desacuerdo entre la teoría y la observación puede explicarse por el efecto Auger, que es una forma de ionización en la que el llenado de una vacante en el interior de un átomo da lugar a la emisión de un electrón en lugar de un fotón. El efecto posterior es que, aunque se produzca la ionización, no se observaría ningún fotón asociado.

Esta explicación nunca ha sido verificada y desde entonces ha sido cuestionada cuando se observaron niveles de ionización más altos en las binarias de rayos X Vela X-1 y Cyg X-1.

Ahora, por primera vez, un equipo de científicos de los laboratorios Sandia ha demostrado que el efecto Auger utilizado para interpretar los espectros de acreción de los agujeros negros es inexacto. Para ello, el equipo, dirigido por el Dr. Guillaume Loisel, utilizó la fuente de rayos X de laboratorio más energética de la Tierra -la máquina Z- para crear un plasma de silicio fotoionizado y duplicar los rayos X que rodean a los agujeros negros. Sus mediciones mostraron que si los iones específicos están presentes, entonces el fotón asociado también se observaría - lo cual no es así.

Estos resultados tienen enormes implicaciones, ya que no sólo restringen los fenómenos responsables de las observaciones, sino que también ofrecen una nueva técnica para estudiar el comportamiento del disco de acreción y la emisión de rayos X asociada.

Referencias:

Artículo: https://share-ng.sandia.gov/news/resources/news_releases/black_hole/#.WaXwgciGMuX

Article: https://phys.org/news/2017-08-black-hole-contradicted-hands-on-sandia.html