Los agujeros negros son unos de los cuerpos celestes más colosales. Puede haber algunos inmensos, conocidos como agujeros negros supermasivos, y otros algo más pequeños. Pero no vale cualquier tamaño. Por la forma en que se originan, existe una brecha entre las 70 y las 140 masas solares en la que no debería encontrarse un agujero negro. Sin embargo, en 2023, el consorcio de detectores de ondas gravitacionales LIGO-Virgo-KAGRA detectó las ondas resultantes del choque de dos agujeros negros de 103 y 137 masas solares. No deberían existir, pero ahí estaban, girando a una velocidad cercana a la de la luz.
Desde entonces, muchos astrónomos se han afanado en intentar descubrir el origen del misterio. Cada hipótesis acaba cayendo literalmente por su propio peso. Pero ahora un equipo de científicos del Instituto Flatiron ha dado finalmente con la clave.
Hasta ahora se creía que estos agujeros negros no podían existir porque no se habían tenido en cuenta los campos magnéticos. Con ellos en la ecuación, son perfectamente plausibles. Por lo tanto, el problema era que en el pasado no estábamos concibiendo adecuadamente el origen de un agujero negro.
¿Cómo se forman los agujeros negros?
Los agujeros negros son la representación de la muerte de una estrella supermasiva. Estas se mantienen encendidas fusionando algunos elementos de su superficie que funcionan como combustible. No obstante, cuando dichos combustibles se agotan, colapsan en forma de supernova, tras cuya finalización se forma un agujero negro algo más pequeño que la estrella que lo originó.
Esto solo ocurre con las estrellas hasta cierto margen de masas solares. Dentro de ese margen, la colisión es tan violenta que se produce una explosión conocida como supernova de inestabilidad, tras la cual la estrella desaparece por completo. No queda ningún agujero negro. Esto significaría que las estrellas más grandes no pueden dar lugar a agujeros negros. Por lo tanto, tampoco puede haber agujeros negros grandes. O dentro de ese rango.
Sí que hay una excepción con la que pueden ser incluso más grandes. Si se fusionan muchos agujeros negros pequeños, podría llegar a formarse un agujero negro dentro del rango aparentemente prohibido o de mayor tamaño. Sin embargo, esta unión de agujeros negros es muy caótica, por lo que el giro se vería alterado. El resultado sería un agujero negro con giro muy lento. En cambio, los que colisionaron en 2023 giraban casi a la velocidad de la luz. ¿Qué estaba pasando entonces?
La clave está en los campos magnéticos
Los autores del estudio que se acaba de publicar llegaron a la conclusión de que sí que pueden existir agujeros negros en el rango prohibido tras realizar una simulación en dos etapas a partir de una estrella de 250 masas solares.
En la primera etapa, se dejó fluir con normalidad el proceso de pérdida de combustible. Se vio que, cuando llegó a su fin, colapsó en una supernova y dejó atrás un agujero negro de 150 masas solares. Justo por encima del margen prohibido. En la segunda fase, se añadieron a los parámetros de la simulación los efectos de un campo magnético.
Se partió de los restos de la supernova. Es decir, una nube arremolinada de escombros estelares que contiene campos magnéticos y un agujero negro recién nacido en el centro. Las teorías anteriores asumían que todo el material restante caería en el agujero negro, pero estos científicos vieron algo distinto.
Si la estrella que colapsa no está girando, la materia circundante cae directamente en el agujero negro. Sin embargo, cuando gira rápidamente, ese material forma un disco alrededor del agujero negro, alimentándolo con el tiempo y aumentando su giro. Y aquí entran en juego los campos magnéticos, ya que su presión puede lanzar parte del material hacia afuera a casi la velocidad de la luz, evitando que caiga. Lo recupera antes de que se pierda en el interior del agujero negro.
Esta liberación de materia expulsada hacia fuera reduce la cantidad de material que absorbe el agujero negro. Cuanto más fuertes son los campos magnéticos, más masa se expulsa. En casos extremos, hasta la mitad de la masa de la estrella original puede perderse. Así, según las simulaciones, lo que inicialmente iba a ser un agujero negro de 150 masas solares, se acabaría convirtiendo en un agujero negro algo menos pesado, dentro del rango prohibido.
Por lo tanto, lo que ocurrió en 2023 no era algo que se escapase de las leyes de la ciencia. Era perfectamente comprensible. El problema es que no se estaba teniendo en cuenta un factor tan importante como los campos magnéticos. Si nos olvidamos de algo tan aparentemente simple, todo cambia.
