Las simulaciones de agujeros negros más realistas jamás creadas ya son una realidad

Un equipo internacional de astrofísicos ha logrado las simulaciones más completas jamás realizadas de la acreción de agujeros negros, incorporando por primera vez toda la relatividad general de Einstein sin simplificaciones. El trabajo, publicado el 22 de diciembre en The Astrophysical Journal, combina supercomputación extrema y física fundamental para reproducir con precisión cómo los agujeros negros atraen materia y emiten radiación, un paso clave para interpretar observaciones reales del universo.

La acreción sin atajos matemáticos

Durante décadas, los modelos de agujeros negros se han visto obligados a usar aproximaciones simplificadas para describir cómo la materia cae hacia estos objetos extremos. El motivo no era teórico, sino computacional: resolver simultáneamente la gravedad extrema y la radiación en relatividad general completa era inabordable. Eso acaba de cambiar.

El nuevo estudio, liderado por Lizhong Zhang, investigador del Institute for Advanced Study y del Flatiron Institute, ha conseguido simular por primera vez la acreción luminosa de agujeros negros de masa estelar sin recurrir a atajos físicos.

Para ello, el equipo utilizó dos de las supercomputadoras más potentes del planeta: Frontier y Aurora. Estas máquinas permitieron resolver ecuaciones que describen la curvatura extrema del espacio-tiempo, el flujo turbulento del plasma y la interacción constante entre materia y radiación.

“Es la primera vez que podemos incluir con precisión todos los procesos físicos dominantes al mismo tiempo”, explica Zhang. El resultado es un modelo que reproduce con sorprendente fidelidad el comportamiento observado en sistemas reales, como binarias de rayos X o fuentes ultraluminosas.

Ver sin telescopios

Uno de los aspectos más relevantes del avance es que las simulaciones no solo son teóricamente elegantes, sino observacionalmente útiles. Los patrones de emisión de radiación, las inestabilidades del disco y los flujos de energía coinciden con señales captadas por telescopios espaciales y detectores de rayos X.

En palabras del propio Zhang, “hemos conseguido observar estos sistemas no a través de un telescopio, sino a través de una computadora”. Esta capacidad abre la puerta a interpretar datos reales con un nivel de detalle sin precedentes y a distinguir entre modelos físicos que hasta ahora eran indistinguibles.

El espacio-tiempo arrastrado por un agujero negro

Este avance computacional coincide con otro hito reciente: la primera observación directa del arrastre del espacio-tiempo provocado por un agujero negro en rotación, una predicción clave de la relatividad general conocida como precesión de Lense-Thirring.

El hallazgo fue publicado el 10 de diciembre en Science Advances, a partir del estudio del evento AT2020afhd, donde una estrella fue destruida por un agujero negro supermasivo. Los astrónomos detectaron oscilaciones sincronizadas en rayos X y radio que se repetían cada 20 días, una señal inequívoca de que el agujero negro estaba retorciendo el propio tejido del espacio-tiempo.

Según Cosimo Inserra, de la Universidad de Cardiff, se trata de “la evidencia más convincente hasta ahora” de este fenómeno descrito por Einstein hace más de un siglo.

Un agujero negro en fuga

A mediados de diciembre, otro descubrimiento añadió una pieza más al rompecabezas cósmico. El James Webb Space Telescope confirmó la existencia del primer agujero negro supermasivo fugitivo jamás observado.

El objeto, denominado RBH-1, se desplaza a unos 1.000 kilómetros por segundo, probablemente expulsado de su galaxia tras la fusión de dos agujeros negros gigantes. Webb detectó una estela de formación estelar de 200.000 años luz, provocada por el paso del agujero negro a través del gas intergaláctico.

“Ahora hemos confirmado que hay un agujero negro en la punta de la estela y que se está alejando rápidamente de su galaxia”, explicó Pieter van Dokkum, investigador principal del estudio.

Cuando la computación se convierte en observación

Estos avances marcan un punto de inflexión en la astrofísica moderna. Por primera vez, la combinación de relatividad general completa, radiación y supercomputación permite estudiar los agujeros negros no como abstracciones matemáticas, sino como sistemas físicos observables y comparables con el cielo real.

Las simulaciones de Zhang y su equipo no solo validan la teoría de Einstein en condiciones extremas, sino que transforman la forma en que interpretamos los datos astronómicos. En lugar de inferir propiedades a partir de señales incompletas, los científicos pueden ahora contrastarlas con modelos que incorporan toda la complejidad del universo físico.

En paralelo, observaciones como el arrastre del espacio-tiempo o los agujeros negros fugitivos refuerzan una idea clave: los agujeros negros ya no son simples objetos exóticos, sino actores dinámicos que moldean galaxias, estrellas y la estructura misma del cosmos.

La frontera ya no está en la teoría, sino en cuánta realidad somos capaces de calcular. Y por primera vez, esa frontera empieza a parecer alcanzable.