En 2019, el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) publicó las primeras imágenes de un agujero negro. Las imágenes resultantes, de un borroso remolino anaranjado, eran, en realidad, imágenes de la sombra del agujero negro sobre gas brillante. Esto se debe a que un agujero negro es un vacío total del que no puede escapar ninguna luz, incluida la luz que normalmente llegaría a los sensores del telescopio.
Los investigadores muestran que estas imágenes de “sombras” aún pueden ser útiles para la ciencia, en un nuevo artículo publicado en Nature Astronomy dirigido por el astrofísico Luciano Rezzolla de la Universidad Goethe de Frankfurt. El equipo ha predicho que las imágenes futuras del EHT ayudarán en última instancia a probar en el campo si los agujeros negros se ajustan a los estrictos principios establecidos por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.
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¿Cómo son realmente los agujeros negros?
Muchas teorías diferentes se oponen a la visión del universo de Einstein. En cada una de estas teorías, los agujeros negros actuarán de manera diferente sobre la materia circundante.
“Algunos de estos enfoques requieren la presencia de materia con propiedades muy específicas o incluso la violación de las leyes físicas que conocemos actualmente”, dijo Rezzolla en un comunicado de prensa.
Rezzolla y su equipo desarrollaron complejas simulaciones por computadora que modelan estos efectos. También describieron el nivel de rendimiento que los futuros telescopios necesitarán alcanzar para determinar si un agujero negro fotografiado se ajusta a la teoría de Einstein o a alguna de las otras soluciones en competencia.
“La pregunta central era: ¿En qué medida difieren las imágenes de los agujeros negros entre las distintas teorías?” dijo el coautor del estudio Ahkil Uniyal, investigador del Instituto Tsung-Dao Lee en Shanghai.
Las simulaciones por computadora del equipo, correspondientes a cada una de las diferentes teorías del agujero negro que probaron, se utilizaron para generar imágenes sintéticas de cómo se vería afectada la materia que rodea al agujero negro en cada escenario.
Descartando a los competidores de Einstein
La teoría de Einstein sugiere que un agujero negro sigue una solución de Kerr, formando una forma asimétrica con un horizonte de sucesos achatado. Este tipo de agujero negro lleva el nombre del astrofísico neozelandés Roy Kerr, quien descubrió la solución espacio-temporal exacta para un agujero negro en rotación bajo la relatividad general.
El equipo de Rezzolla pudo demostrar, utilizando sus simulaciones, que si un agujero negro difiere en más de aproximadamente un 2 a un 5 por ciento de la forma de Kerr, entonces las futuras imágenes de telescopios de alta resolución deberían poder distinguirlos.
Hasta el momento, las imágenes del EHT han descartado sólo las teorías más extravagantes sobre los agujeros negros. Las imágenes actuales sugieren que es poco probable que el agujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea y el del centro de la galaxia M87 carezcan de horizontes de sucesos o sean agujeros de gusano (túneles a través del espacio-tiempo que permitirían viajar más rápido que la luz).
El trabajo teórico de Rezzolla ha esbozado lo que los futuros telescopios deberán probar. Ahora debemos construirlos. El EHT es una colaboración entre muchos telescopios terrestres que se alimentan entre sí para mejorar la calidad de la imagen. Se podrían construir futuros telescopios en el espacio para mejorar la calidad de la imagen. La resolución necesaria para distinguir los agujeros negros será equivalente a la necesaria para ver una moneda en la superficie de la luna. Cuando llegue el día en que nuestra tecnología esté a la altura, Rezzolla cree que Einstein volverá a tener razón.
“Nuestra expectativa es que la teoría de la relatividad siga demostrando su eficacia, como lo ha hecho una y otra vez hasta ahora”, afirmó.
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