Ahora tenemos matemáticas precisas para describir cómo los agujeros negros reflejan el universo

Un nuevo conjunto de ecuaciones puede describir con precisión los reflejos del Universo que aparecen en la luz deformada alrededor de un agujero negro.

La proximidad de cada reflejo depende del ángulo de observación con respecto al agujero negro y de la velocidad de giro del agujero negro, según una solución matemática elaborada por el físico Albert Sneppen del Instituto Niels Bohr en Dinamarca.

Esto es realmente genial, absolutamente, pero no sólo realmente genial. También potencialmente nos da una nueva herramienta para sondear el entorno gravitacional alrededor de estos objetos extremos.

“Hay algo fantásticamente hermoso en comprender ahora por qué las imágenes se repiten de una manera tan elegante”. Sneppen dijo. “Además de eso, ofrece nuevas oportunidades para poner a prueba nuestra comprensión de la gravedad y agujeros negros

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Si hay algo por lo que los agujeros negros son famosos, es por su extrema gravedad. Específicamente que, más allá de un cierto radio, la velocidad más rápida alcanzable en el Universo, la de la luz en el vacío, es insuficiente para alcanzar la velocidad de escape.

Ese punto sin retorno es el horizonte de eventos, definido por lo que se llama el Radio de Schwarszchild – y es la razón por la que decimos que ni siquiera la luz puede escapar de la gravedad de un agujero negro.

Sin embargo, justo fuera del horizonte de eventos del agujero negro, el medio ambiente también está en serio loco. El campo gravitacional es tan poderoso que la curvatura del espacio-tiempo es casi circular.

Cualquier fotón que entre en este espacio, naturalmente, tendrá que seguir esta curvatura. Esto significa que, desde nuestra perspectiva, el camino de la luz parece estar deformado y torcido.

En el borde interior de este espacio, justo fuera del horizonte de eventos, podemos ver lo que se llama un anillo de fotones, donde los fotones viajan en órbita alrededor del agujero negro varias veces antes de caer hacia el agujero negro o escapar al espacio.

Esto significa que la luz de los objetos distantes detrás del agujero negro se puede ampliar, distorsionar y ‘reflejar’ varias veces. Nos referimos a esto como una lente gravitacional; el efecto también se puede ver en otros contextos y es una herramienta útil para estudiar el Universo.

Así que conocemos el efecto desde hace algún tiempo, y los científicos habían descubierto que cuanto más se mira hacia el agujero negro, más reflejos se ven de los objetos distantes.

Para pasar de una imagen a la siguiente, era necesario mirar unas 500 veces más cerca del borde óptico del agujero negro, o la función exponencial de dos pi (mi), pero por qué fue así fue difícil de describir matemáticamente.

El enfoque de Sneppen fue reformular la trayectoria de la luz y cuantificar su estabilidad lineal, utilizando ecuaciones diferenciales de segundo orden. Descubrió que su solución no solo describía matemáticamente por qué las imágenes se repiten a distancias de mi, pero que podría funcionar para un agujero negro en rotación, y que la distancia de repetición depende del giro.

“Resulta que cuando gira muy rápido, ya no tienes que acercarte al agujero negro en un factor de 500, sino significativamente menos”. Sneppen dijo. “De hecho, cada imagen está ahora sólo 50, o cinco, o incluso hasta dos veces más cerca del borde del agujero negro”.

En la práctica, esto será difícil de observar, al menos en el corto plazo; solo mire la intensa cantidad de trabajo que se llevó a cabo en la imagen no resuelta del anillo de luz alrededor del agujero negro supermasivo Pōwehi (M87 *).

Teóricamente, sin embargo, debería haber infinitos anillos de luz alrededor de un agujero negro. Dado que obtuvimos imágenes de la sombra de un agujero negro supermasivo una vez, es de esperar que sea solo cuestión de tiempo antes de que podamos obtener mejores imágenes, y ya hay planes para obtener imágenes de un anillo de fotones.

Un día, las imágenes infinitas cercanas a un agujero negro podrían ser una herramienta para estudiar no solo la física del espacio-tiempo de los agujeros negros, sino también los objetos detrás de ellos, repetidos en infinitos reflejos en perpetuidad orbital.

La investigación ha sido publicada en Informes científicos.

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