Con este método podremos ver más agujeros negros

Astrónomos de la Universidad de Columbia han ideado una forma más fácil de observar los agujeros negros.

 

Descrito en estudios complementarios en  Physical Review Letters y Physical Review D, su técnica de imagen podría permitir a los astrónomos estudiar agujeros negros más pequeños que el de M87, un monstruo con una masa de 6.500 millones de soles, albergado en galaxias más distantes que M87, que a 55 millones de luz, todavía está relativamente cerca de nuestra propia Vía Láctea.

La técnica tiene sólo dos requisitos. Primero, necesitas un par de agujeros negros supermasivos en proceso de fusión. En segundo lugar, debe mirar a la pareja en un ángulo casi lateral. Desde ese punto de vista, cuando un agujero negro pasa frente al otro, debería poder ver un destello de luz brillante a medida que el anillo brillante del agujero negro más lejano se magnifica por el agujero negro más cercano a ti, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

El efecto de lente es bien conocido, pero lo que los investigadores descubrieron aquí fue una señal oculta: una disminución distintiva en el brillo correspondiente a la "sombra" del agujero negro en la parte posterior.

Esta atenuación sutil puede durar desde unas pocas horas hasta unos pocos días, dependiendo de cuán masivos sean los agujeros negros y cuán estrechamente entrelazadas estén sus órbitas. Si mide cuánto dura la inmersión, dicen los investigadores, puede estimar el tamaño y la forma de la sombra proyectada por el horizonte de eventos del agujero negro, el punto sin salida, donde nada escapa, ni siquiera la luz.

"Tomó años y un gran esfuerzo de docenas de científicos hacer esa imagen de alta resolución de los agujeros negros M87", dijo el primer autor del estudio, Jordy Davelaar, un postdoctorado en Columbia y el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron. "Ese enfoque solo funciona para los agujeros negros más grandes y cercanos: el par en el corazón de M87 y potencialmente nuestra propia Vía Láctea".

Agregó, “Con nuestra técnica, mides el brillo de los agujeros negros a lo largo del tiempo, no necesitas resolver cada objeto espacialmente. Debería ser posible encontrar esta señal en muchas galaxias”.

La sombra de un agujero negro es su característica más misteriosa e informativa. “Esa mancha oscura nos informa sobre el tamaño del agujero negro, la forma del espacio-tiempo que lo rodea y cómo la materia cae en el agujero negro cerca de su horizonte”, dijo el coautor Zoltan Haiman , profesor de física en Columbia.

Las sombras de los agujeros negros también pueden contener el secreto de la verdadera naturaleza de la gravedad, una de las fuerzas fundamentales de nuestro universo.

La teoría de la gravedad de Einstein, conocida como relatividad general, predice el tamaño de los agujeros negros. Los físicos, por lo tanto, los han buscado para probar teorías alternativas de la gravedad en un esfuerzo por reconciliar dos ideas contrapuestas sobre cómo funciona la naturaleza: la relatividad general de Einstein, que explica fenómenos a gran escala como los planetas en órbita y el universo en expansión, y la física cuántica, que explica cómo pequeñas partículas como electrones y fotones pueden ocupar múltiples estados a la vez.

Los investigadores se interesaron en la erupción de agujeros negros supermasivos después de detectar un par de agujeros negros supermasivos en el centro de una galaxia lejana en el universo primitivo.

El telescopio espacial Kepler de búsqueda de planetas de la NASA estaba buscando las pequeñas caídas en el brillo correspondientes a un planeta que pasa frente a su estrella anfitriona. En cambio, Kepler terminó detectando las llamaradas de lo que Haiman y sus colegas afirman que son un par de agujeros negros que se fusionan.

Llamaron a la galaxia distante "Spikey" por los picos de brillo provocados por sus supuestos agujeros negros que se magnifican entre sí en cada rotación completa a través del efecto de lente. Para obtener más información sobre la llamarada, Haiman construyó un modelo con su postdoctorado, Davelaar.

Sin embargo, se sintieron confundidos cuando su par de agujeros negros simulados produjo una caída inesperada, pero periódica, en el brillo cada vez que uno orbitaba frente al otro. Al principio, pensaron que era un error de codificación. Pero una verificación adicional los llevó a confiar en la señal.

Mientras buscaban un mecanismo físico para explicarlo, se dieron cuenta de que cada caída en el brillo coincidía con el tiempo que le tomaba al agujero negro más cercano al espectador pasar frente a la sombra del agujero negro en la parte posterior. 

Los investigadores actualmente están buscando otros datos del telescopio para tratar de confirmar la caída que vieron en los datos de Kepler para verificar que Spikey, de hecho, alberga un par de agujeros negros fusionados. Si todo sale bien, la técnica podría aplicarse a un puñado de otros pares sospechosos de fusionar agujeros negros supermasivos entre los 150 que se han detectado hasta ahora y están esperando confirmación.

"Incluso si solo una pequeña fracción de estos binarios de agujeros negros tiene las condiciones adecuadas para medir nuestro efecto propuesto, podríamos encontrar muchas de estas inmersiones de agujeros negros", dijo Davelaar.

Referencia:

Jordy Davelaar and Zoltán Haiman. Self-lensing flares from black hole binaries: General-relativistic ray tracing of black hole binaries. PHYSICAL REVIEW D. 2022. doi.org/10.1103/PhysRevD.105.103010

Jordy Davelaar and Zoltán Haiman. Self-Lensing Flares from Black Hole Binaries: Observing Black Hole Shadows via Light Curve Tomography. PHYSICAL REVIEW D. 2022. doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.191101

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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