Cuando un objeto astrofísico masivo, como una estrella de bosones o un agujero negro, gira, puede hacer que el espacio-tiempo circundante gire junto con él debido al efecto del arrastre del marco. En un nuevo periódico Los físicos han demostrado que una partícula con las propiedades adecuadas puede permanecer perfectamente quieta en un espacio-tiempo giratorio si ocupa una "órbita estática", un anillo de puntos ubicado a una distancia crítica del centro del espacio-tiempo giratorio.

Los físicos Lucas G. Collodel, Burkhard Kleihaus, y Jutta Kunz, en la Universidad de Oldenburg en Alemania, han publicado un artículo en el que proponen la existencia de órbitas estáticas en espaciotiempos rotativos en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Nuestro trabajo presenta con extrema simplicidad una característica de ciertos espaciotiempos ignorada durante mucho tiempo que es bastante contradictoria, "Collodel dijo Phys.org . "La relatividad general existe desde hace poco más de cien años y nunca deja de sorprender, y explorar las formas en que diferentes distribuciones de energía pueden deformar la geometría del espacio-tiempo de una manera no trivial es clave para una comprensión más profunda ".

En su papel los físicos identifican dos criterios para que una partícula permanezca en reposo con respecto a un observador estático en un espacio-tiempo giratorio. Primero, El momento angular de la partícula (básicamente su propia rotación) debe tener el valor justo para que cancele perfectamente la rotación debido al arrastre del marco. Segundo, la partícula debe estar ubicada precisamente en la órbita estática, un anillo alrededor del centro del espacio-tiempo giratorio en el que la partícula no se tira hacia el centro ni se aleja.

Un punto clave es que no todos los objetos astrofísicos con espacio-tiempo giratorios tienen órbitas estáticas, que en el futuro puede ayudar a los investigadores a distinguir entre diferentes tipos de objetos astrofísicos. Como explican los físicos, para tener una órbita estática, La métrica de un espacio-tiempo rotatorio (básicamente la función que describe el espacio-tiempo en la relatividad general) debe tener un mínimo local, que corresponde a la distancia crítica a la que se encuentra la órbita estática. En un sentido, una partícula puede entonces quedar "atrapada" en reposo en este mínimo local.

Los físicos identifican varios objetos astrofísicos que tienen órbitas estáticas, incluyendo estrellas de bosones (estrellas hipotéticas hechas de materia bosónica que, como agujeros negros, tienen una gravedad inmensa pero no emiten luz), agujeros de gusano, y agujeros negros peludos (agujeros negros con propiedades únicas, como cargo adicional). Por otra parte, Los agujeros negros de Kerr (que se cree que son el tipo más común de agujero negro) no tienen métricas con mínimos locales, y por lo tanto no tienen órbitas estáticas. Entonces, la evidencia de una órbita estática podría proporcionar una forma de distinguir entre los agujeros negros de Kerr y algunos de los objetos menos comunes con órbitas estáticas.

Si bien los físicos reconocen que puede ser poco probable que exista una partícula con el momento angular justo en el lugar correcto para permanecer en reposo en un espacio-tiempo giratorio, aún puede ser posible detectar la existencia de órbitas estáticas debido a lo que sucede cerca. Se prevé que las partículas inicialmente en reposo cerca de las órbitas estáticas se muevan más lentamente que las que se encuentran más lejos. Entonces, incluso si los investigadores nunca observan una partícula inmóvil, pueden observar partículas que se mueven lentamente en las proximidades, indicando la existencia de una órbita estática cercana.

"Reconocer la existencia del anillo estático nos ayuda a apreciar mejor qué planear y esperar de futuras observaciones, "Collodel dijo". Por ejemplo, podemos buscar el anillo para identificar posibles objetos exóticos, como la estrella de bosones, o incluso asegurar con confianza (al observar el anillo) que un AGN [núcleo galáctico activo] no está alimentado por un agujero negro de Kerr. En el futuro, planeamos investigar cómo la presencia del anillo podría afectar los discos de acreción, que en esta etapa son mucho más fáciles de observar, y si pudiera proteger algunos objetos de la materia que cae ".

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