Aquí, discutiremos el fascinante y misterioso campo de los agujeros negros con el Dr. Gaurav Khanna, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Rhode Island, sobre la importancia de estudiar los agujeros negros, los beneficios y desafíos, y aspectos interesantes. del estudio de los agujeros negros y cómo los futuros estudiantes seguirán estudiando los agujeros negros.

Entonces, ¿cuál es la importancia de estudiar los agujeros negros?

"La gravedad es la fuerza de la naturaleza más antigua conocida, pero la menos comprendida", dice el Dr. Khanna a Universe Today. "Para los estudiantes de la gravedad, los agujeros negros se encuentran entre los objetos más interesantes para estudiar porque la gravedad es la fuerza dominante allí; de hecho, ¡es infinitamente fuerte! Luego hay razones astrofísicas de interés en los agujeros negros. Desempeñan papeles importantes en las galaxias, tal vez incluso en el comportamiento a gran escala del universo y más.

"La otra cosa a tener en cuenta sobre los agujeros negros es que son muy 'simples', especialmente en comparación con las estrellas y otros objetos astrofísicos. Esto es una consecuencia del llamado teorema 'sin pelo' que establece que los agujeros negros pueden caracterizarse completamente. por sólo tres atributos:su masa, carga y giro. Esa simplicidad los hace particularmente atractivos para el estudio y la investigación".

Los agujeros negros son conocidos por exhibir una gravedad tan fuerte que la luz ni siquiera puede escapar, y aunque a menudo se atribuye a la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en 1915 la primera propuesta del concepto de agujeros negros, el concepto de un objeto cuyo tamaño y gravedad no Permitir que la luz escape fue propuesto por primera vez en una carta de noviembre de 1784 del filósofo y clérigo inglés John Mitchell.

En esta carta, Mitchell se refirió a estos objetos como "estrellas oscuras", ya que postuló que las estrellas cuyos diámetros excedieran 500 veces el diámetro de nuestro sol desencadenarían la formación de estos objetos. Además, sugirió que las ondas gravitacionales que influyen en los cuerpos celestes cercanos permitirían detectar estos objetos.

Avancemos rápidamente hasta la teoría de la relatividad general de Einstein, que también predijo la existencia de agujeros negros y ondas gravitacionales, las cuales continuaron siendo analizadas a lo largo del siglo XX, que incluye lo que se llama la "edad de oro de la relatividad general" durante los años 1960 y Década de 1970. Esto incluye el primer objeto aceptado por la comunidad científica como un agujero negro, llamado Cygnus X-1, que fue descubierto en 1964. Sin embargo, tuvieron que pasar otros 52 años para que se confirmara la existencia de ondas gravitacionales mediante una fusión de agujeros negros, que fue logrado gracias a la colaboración científica LIGO.

Por lo tanto, dada la extensa historia combinada con descubrimientos clave que solo se produjeron en los últimos años, ¿cuáles son algunos de los beneficios y desafíos del estudio de los agujeros negros?

El Dr. Khanna le dice a Universe Today:"Como dije anteriormente, el estudio de los agujeros negros, que son una consecuencia de la teoría de la relatividad de Einstein, ofrece información sobre la naturaleza de la gravedad, el espacio y el tiempo en los niveles más fundamentales. Como físicos, todavía tenemos que Desarrollar una comprensión completa de la naturaleza cuántica de la gravedad, y los agujeros negros son la clave para descubrir ese misterio.

"En cuanto a los desafíos, diría que quizás el más claro es que los agujeros negros sólo pueden observarse indirectamente. A diferencia de las estrellas, como no emiten radiación por sí mismas, a los astrónomos les resulta difícil recopilar datos sobre ellos. En el mejor de los casos, podemos observar su influencia en su entorno (como gas, estrellas, etc.) e inferir sus propiedades y comportamiento.

"Desde el punto de vista teórico, si bien es cierto que los agujeros negros son muy 'simples' en comparación con las estrellas, aún quedan desafíos. Las matemáticas y la física que los describen son bastante avanzadas e incluso las simulaciones por computadora que los involucran son desafiantes y requieren un procesamiento masivo. poder y memoria."

Si bien pasaron más de 100 años entre que Einstein presentara su teoría de la relatividad general en 1915 y la confirmación de las ondas gravitacionales en 2016, los astrónomos solo tardaron otros tres años en publicar la primera imagen directa de un agujero negro en el centro del Messier 87. galaxia.

Los resultados fueron publicados en The Astrophysical Journal Letters. y basado en observaciones realizadas en 2017 por el poderoso Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). Mientras que Messier 87 se encuentra aproximadamente a 53 millones de años luz de la Tierra, el hipotético agujero negro más cercano, Gaia BH1, se encuentra aproximadamente a 1.560 años luz de la Tierra. En 2022, los astrónomos publicaron una imagen directa de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea.

El Dr. Khanna le dice a Universe Today:"Supongo que probablemente me referiría a mi trabajo reciente sobre cómo los agujeros negros que giran muy rápidamente intentan 'hacer crecer cabello' pero finalmente fallan. El proyecto es interesante porque parece sugerir una violación del ' "No hay pelo" que mencioné antes, pero finalmente no es así. ¡Es provocativo, pero también aliviador!

"Más importante aún, ahora estamos utilizando el contexto principal de esa investigación para desarrollar una nueva 'firma' observacional o prueba de agujeros negros que giran rápidamente, también conocidos como agujeros negros casi extremos. Estos agujeros negros tienen varias propiedades y aspectos peculiares y son un área de investigación activa."

Los agujeros negros son estudiados por astrónomos, físicos y astrofísicos, que utilizan una combinación de teoría y observaciones para construir cómo podrían verse los agujeros negros y, en casos raros, como se ha comentado, obtienen imágenes directas de ellos. En cuanto a la teoría, los investigadores utilizan cálculos matemáticos y modelos informáticos para simular cómo podrían verse los agujeros negros, y luego han utilizado potentes telescopios terrestres como el EHT para obtener las pocas imágenes directas de los agujeros negros.

Es importante tener en cuenta que estas imágenes directas no capturan el agujero negro en sí, sino los gases que rodean el horizonte de sucesos del agujero negro, o el límite no oficial donde la luz no puede escapar del agujero negro.

Pero, ¿qué consejo puede ofrecer el Dr. Khanna a los futuros estudiantes que deseen seguir estudiando los agujeros negros?

El Dr. Khanna le dice a Universe Today:"¡Les ofrecería mucho aliento! Hay mucho que hacer en este espacio y muchos misterios que resolver. Nuevas observaciones abrirán muchas puertas nuevas y vías completamente nuevas para la investigación. ¡Es uno de los mejores momentos para ser astrofísico de agujeros negros!"

El Dr. Khanna continúa:"Lo único que podría decir que tal vez no se enfatiza tanto en otros lugares es la informática como herramienta para estudiar los agujeros negros. Principalmente se hace un gran énfasis en el aprendizaje de matemáticas avanzadas como base para una investigación seria sobre los agujeros negros". agujeros, y con razón, que sigue siendo fundamental para todo estudiante de la teoría de la relatividad de Einstein, que es la base de la física de los agujeros negros.

"En los últimos años, las simulaciones por computadora han avanzado rápidamente y ahora se pueden hacer importantes descubrimientos sobre cuestiones profundas utilizando herramientas computacionales. A largo plazo, la programación por computadora sería una herramienta muy prometedora para hacer avanzar la investigación en este campo y también en muchos otros. "