Un disco de gas brillante se arremolina en el agujero negro "Gargantúa" de la película Interestelar. Debido a que el espacio se curva alrededor del agujero negro, es posible mirar alrededor de su lado más alejado y ver la parte del disco de gas que de otro modo estaría oculta por el agujero. Nuestra comprensión de este mecanismo ahora ha sido incrementada por el estudiante danés de maestría en NBI, Albert Sneppen. Crédito: interestelar.wiki/CC BY-NC
En las proximidades de los agujeros negros, el espacio está tan deformado que incluso los rayos de luz pueden curvarse alrededor de ellos varias veces. Este fenómeno puede permitirnos ver múltiples versiones de lo mismo. Si bien esto se ha sabido durante décadas, solo ahora tenemos una expresión matemática exacta, gracias a Albert Sneppen, estudiante del Instituto Niels Bohr. El resultado, que es aún más útil en agujeros negros realistas, se acaba de publicar en la revista Informes científicos.
Probablemente hayas oído hablar de los agujeros negros, los maravillosos bultos de gravedad de los que ni siquiera la luz puede escapar. Es posible que también haya escuchado que el espacio mismo e incluso el tiempo se comportan de manera extraña cerca de los agujeros negros; el espacio está deformado.
La luz de la galaxia de fondo rodea un agujero negro un número creciente de veces, cuanto más cerca pasa del agujero, y por lo tanto vemos la misma galaxia en varias direcciones. Crédito: Peter Laursen
En las proximidades de un agujero negro, el espacio se curva tanto que los rayos de luz se desvían, y la luz muy cercana se puede desviar tanto que viaja varias veces alrededor del agujero negro. Por lo tanto, cuando observamos una galaxia de fondo distante (o algún otro cuerpo celeste), podemos tener la suerte de ver la misma imagen de la galaxia varias veces, aunque cada vez más distorsionada.
Galaxias en múltiples versiones
El mecanismo se muestra en la siguiente figura: Una galaxia distante brilla en todas las direcciones: parte de su luz se acerca al agujero negro y se desvía ligeramente; alguna luz se acerca aún más y rodea el agujero una sola vez antes de escapar hacia nosotros, y así sucesivamente. Mirando cerca del agujero negro, vemos más y más versiones de la misma galaxia, cuanto más cerca del borde del agujero estamos mirando.
¿Cuánto más cerca del agujero negro tienes que mirar desde una imagen para ver la siguiente imagen? El resultado se conoce desde hace más de 40 años y es unas 500 veces (para los aficionados a las matemáticas, es más exactamente la "función exponencial de dos pi", escrita e2π).
La situación vista “de frente”, es decir, cómo la observaríamos realmente desde la Tierra. Las imágenes adicionales de la galaxia se vuelven cada vez más comprimidas y distorsionadas, cuanto más cerca miramos el agujero negro. Crédito: Peter Laursen
Calcular esto es tan complicado que, hasta hace poco, aún no habíamos desarrollado una intuición matemática y física de por qué resulta ser este factor exacto. Pero usando algunos ingeniosos trucos matemáticos, el estudiante de maestría Albert Sneppen del Cosmic Dawn Center, un centro de investigación básica del Instituto Niels Bohr y DTU Space, ahora ha logrado demostrar por qué.
“Hay algo fantásticamente hermoso en entender ahora por qué las imágenes se repiten de una manera tan elegante. Además de eso, brinda nuevas oportunidades para probar nuestra comprensión de la gravedad y los agujeros negros”, aclara Albert Sneppen.
Demostrar algo matemáticamente no solo es satisfactorio en sí mismo; de hecho, nos acerca a la comprensión de este maravilloso fenómeno. El factor "500" se deriva directamente de cómo funcionan los agujeros negros y la gravedad, por lo que las repeticiones de las imágenes ahora se convierten en una forma de examinar y probar la gravedad.
Agujeros negros giratorios
Como característica completamente nueva, el método de Sneppen también puede generalizarse para aplicarse no solo a los agujeros negros "triviales", sino también a los agujeros negros que giran. Lo cual, de hecho, todos hacen.
“Resulta que cuando gira muy rápido, ya no tienes que acercarte al agujero negro por un factor de 500, sino significativamente menos. De hecho, cada imagen ahora está solo 50, o 5, o incluso dos veces más cerca del borde del agujero negro”, explica Albert Sneppen.
Tener que mirar 500 veces más cerca del agujero negro para cada nueva imagen significa que las imágenes se "comprimen" rápidamente en una imagen anular, como se ve en la figura de la derecha. En la práctica, las muchas imágenes serán difíciles de observar. Pero cuando los agujeros negros giran, hay más espacio para las imágenes "adicionales", por lo que podemos esperar confirmar la teoría observacionalmente en un futuro no muy lejano. De esta manera, podemos aprender no solo sobre los agujeros negros, sino también sobre las galaxias detrás de ellos:
El viajes El tiempo de la luz aumenta, más veces tiene que dar la vuelta al agujero negro, por lo que las imágenes se vuelven cada vez más “retrasadas”. Si, por ejemplo, una estrella explota como supernova en una galaxia de fondo, se podría ver esta explosión una y otra vez.
Referencia: "Reflexiones divergentes alrededor de la esfera de fotones de un agujero negro" por Albert Snepppen, 9 de julio de 2021, Informes científicos.
DOI: 10.1038 / s41598-021-93595-w
