La imagen de un agujero negro tiene un anillo de emisión brillante que rodea una "sombra" proyectada por el agujero negro. Este anillo está compuesto por una pila de subanillos cada vez más nítidos que corresponden al número de órbitas que tomaron los fotones alrededor del agujero negro antes de llegar al observador. Crédito:George Wong (UIUC) y Michael Johnson (CfA)
Pasado abril, el Event Horizon Telescope (EHT) provocó entusiasmo internacional cuando reveló la primera imagen de un agujero negro. Hoy dia, Un equipo de investigadores ha publicado nuevos cálculos que predicen una subestructura sorprendente e intrincada dentro de las imágenes de los agujeros negros a partir de la curvatura extrema de la luz gravitacional.
"La imagen de un agujero negro en realidad contiene una serie de anillos anidados, "explica Michael Johnson del Centro de Astrofísica, Harvard y Smithsonian (CfA). "Cada anillo sucesivo tiene aproximadamente el mismo diámetro, pero se vuelve cada vez más nítido porque su luz orbitaba el agujero negro más veces antes de llegar al observador. Con la imagen EHT actual, sólo hemos vislumbrado toda la complejidad que debería surgir en la imagen de cualquier agujero negro ".
Debido a que los agujeros negros atrapan cualquier fotón que cruza su horizonte de eventos, proyectan una sombra sobre la brillante emisión circundante del gas caliente que cae. Un "anillo de fotones" rodea esta sombra, producido a partir de la luz que se concentra por la fuerte gravedad cerca del agujero negro. Este anillo de fotones lleva la huella digital del agujero negro; su tamaño y forma codifican la masa y rotación o "giro" del agujero negro. Con las imágenes EHT, Los investigadores de agujeros negros tienen una nueva herramienta para estudiar estos objetos extraordinarios.
"Este es un momento muy emocionante para pensar en la física de los agujeros negros, "dice Daniel Kapec del Instituto de Estudios Avanzados." La teoría de la relatividad general de Einstein hace una serie de sorprendentes predicciones para los tipos de observaciones que finalmente están al alcance de la mano, y creo que podemos esperar muchos avances en los próximos años. Como teórico, Encuentro especialmente gratificante la rápida convergencia entre teoría y experimento, y espero que podamos seguir aislando y observando predicciones más universales de la relatividad general a medida que estos experimentos se vuelven más sensibles ".
El equipo de investigación incluyó astrónomos de observación, físicos teóricos, y astrofísicos.
"Reunir a expertos de diferentes campos nos permitió conectar realmente una comprensión teórica del anillo de fotones con lo que es posible con la observación, "señala George Wong, estudiante de posgrado en física en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Wong desarrolló un software para producir imágenes simuladas de agujeros negros a resoluciones más altas que las que se habían calculado anteriormente y para descomponerlas en la serie de subimágenes predichas. "Lo que comenzó como cálculos clásicos de lápiz y papel nos impulsó a llevar nuestras simulaciones a nuevos límites".
Referencia:Firmas interferométricas universales de un anillo de fotones de un agujero negro. Crédito:Michael D. Johnson (CfA), Simulación:George Wong (UIUC)
Los investigadores también encontraron que la subestructura de la imagen del agujero negro crea nuevas posibilidades para observar los agujeros negros. "Lo que realmente nos sorprendió fue que, si bien los subanillos anidados son casi imperceptibles a simple vista en las imágenes, incluso las imágenes perfectas, son señales fuertes y claras para arreglos de telescopios llamados interferómetros, ", dice Johnson." Si bien la captura de imágenes de agujeros negros normalmente requiere muchos telescopios distribuidos, los subanillos son perfectos para estudiar usando solo dos telescopios que están muy separados. Con añadir un telescopio espacial al EHT sería suficiente ".
"La física de los agujeros negros siempre ha sido un tema hermoso con profundas implicaciones teóricas, pero ahora también se ha convertido en una ciencia experimental, "dice Alex Lupsasca de la Harvard Society of Fellows". Como teórico, Estoy encantado de finalmente recopilar datos reales sobre estos objetos en los que hemos estado pensando de manera abstracta durante tanto tiempo ".
Los resultados fueron publicados en Avances de la ciencia .
