Los agujeros negros se consideran voraces cósmicos, de los que ni siquiera la luz puede escapar. Por eso, las imágenes de agujeros negros en el centro de la galaxia M87 y nuestra Vía Láctea, publicadas hace unos años por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT), fueron revolucionarias.
«Lo que se ve en estas imágenes no es el agujero negro en sí, sino la materia caliente en su vecindad inmediata», explica el profesor Luciano Rezzolla, quien, junto con su equipo de la Universidad Goethe de Frankfurt, desempeñó un papel fundamental en estos hallazgos.
«Mientras la materia siga girando fuera del horizonte de eventos —antes de ser inevitablemente atraída hacia él— puede emitir señales de luz que, en principio, podemos detectar».
Las imágenes muestran esencialmente la sombra del agujero negro. Este hallazgo abre la posibilidad de examinar con detenimiento las teorías que subyacen a estos objetos cósmicos extremos.
Hasta ahora, la teoría general de la relatividad de Einstein se considera la referencia en física para la descripción del espacio y el tiempo. Predice la existencia de agujeros negros como soluciones especiales, con todas sus peculiaridades. Esto incluye el horizonte de sucesos, más allá del cual todo —incluida la luz— desaparece.
«Sin embargo, también existen otras teorías, aún hipotéticas, que predicen igualmente la existencia de agujeros negros. Algunos de estos enfoques requieren la presencia de materia con propiedades muy específicas o incluso la violación de las leyes físicas que conocemos actualmente», afirma Rezzolla.
Junto con colegas del Instituto Tsung-Dao Lee de Shanghái (China), este físico afincado en Fráncfort presentó en la revista Nature Astronomy una nueva posibilidad para comprobar dichas teorías alternativas.
Hasta ahora, no se disponía de datos concluyentes que permitieran refutar o confirmar estas teorías; algo que los investigadores planean cambiar en el futuro mediante el uso de imágenes de sombras de agujeros negros supermasivos.
«Esto requiere dos cosas», explica Rezzolla. Por un lado, se buscaban imágenes de alta resolución de las sombras de los agujeros negros para determinar su radio con la mayor precisión posible; por otro, una descripción teórica de la magnitud de las desviaciones de los distintos enfoques con respecto a la teoría de la relatividad de Einstein.
Los científicos han presentado una descripción exhaustiva de cómo los diferentes tipos de agujeros negros hipotéticos divergen de la teoría de la relatividad y cómo esto se refleja en las imágenes de sus sombras.
Para investigar esto, el equipo realizó simulaciones informáticas tridimensionales de gran complejidad que replican el comportamiento de la materia y los campos magnéticos en el espaciotiempo curvo que rodea a los agujeros negros. A partir de estas simulaciones, los investigadores generaron imágenes sintéticas del plasma brillante.
«La pregunta clave era: ¿En qué medida difieren las imágenes de los agujeros negros entre las distintas teorías?», explica el autor principal, Akhil Uniyal, del Instituto Tsung-Dao Lee.
A partir de esto, pudieron derivar criterios claros que, con futuras mediciones de alta resolución, podrían permitirles decidirse por una teoría específica. Si bien las diferencias en las imágenes aún son demasiado pequeñas con la resolución actual del EHT, aumentan sistemáticamente al mejorar la resolución.
Para abordar este problema, los físicos desarrollaron una caracterización universal de los agujeros negros que integra enfoques teóricos muy diversos.
«Una de las contribuciones más importantes de la colaboración EHT a la astrofísica es haber convertido los agujeros negros en objetos comprobables», enfatiza Rezzolla.
«Nuestra expectativa es que la teoría de la relatividad continúe demostrándose, tal como lo ha hecho repetidamente hasta ahora».
Hasta el momento, los resultados concuerdan con la teoría de Einstein. Sin embargo, la incertidumbre en las mediciones sigue siendo tan alta que solo se han descartado unas pocas posibilidades muy exóticas.
Por ejemplo, es improbable que los dos agujeros negros en el centro de M87 y nuestra Vía Láctea sean las llamadas singularidades desnudas (sin horizonte de sucesos) o agujeros de gusano; solo dos de las muchas otras posibilidades teóricas que deben comprobarse.
«Incluso la teoría establecida debe someterse a pruebas continuas, especialmente con objetos extremos como los agujeros negros», añade el físico. Sería revolucionario que alguna vez se demostrara la invalidez de la teoría de Einstein.
El EHT ofrece oportunidades excepcionales para tales mediciones. Esta colaboración entre varios radiotelescopios de gran tamaño alrededor del mundo logra una resolución equivalente a la de un telescopio del tamaño de la Tierra, permitiendo por primera vez una visión nítida del entorno inmediato de los agujeros negros. En el futuro, se planea integrar telescopios terrestres adicionales al EHT.
Los científicos también esperan contar con un radiotelescopio en el espacio, lo que mejoraría significativamente la resolución general. Con una visión de tan alta resolución, sería posible someter diversas teorías sobre los agujeros negros a una prueba rigurosa.
Como muestra el estudio recientemente presentado, esto requiere resoluciones angulares inferiores a una millonésima de segundo de arco, comparables a observar una moneda en la Luna desde la Tierra. Si bien esto supera las capacidades actuales, se espera que sea alcanzable en pocos años.
Con información de Nature
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