Un equipo de astrónomos, dirigido por académicos del Instituto de Estudios Avanzados, ha desarrollado una técnica innovadora para detectar ecos de luz procedentes de agujeros negros. Su nuevo método, que facilitará la medición de la masa y el giro de los agujeros negros, representa un gran paso adelante, ya que funciona independientemente de las muchas otras formas en que los científicos han investigado estos parámetros en el pasado.
La investigación se publica hoy. Cartas de revistas astrofísicashan introducido un método que puede proporcionar evidencia directa de fotones orbitando agujeros negros debido a un efecto conocido como “lente gravitacional”.
Las lentes gravitacionales ocurren cuando la luz pasa cerca de un agujero negro y es refractada por el fuerte campo gravitacional del agujero negro. Este efecto permite que la luz tome múltiples caminos desde una fuente hasta un observador en la Tierra: algunos rayos de luz pueden seguir un camino directo mientras que otros pueden viajar alrededor del agujero negro una o varias veces para llegar a nosotros antes. Esto significa que la luz de la misma fuente puede llegar en diferentes momentos, lo que produce una “resonancia”.
“Los anillos de luz alrededor de los agujeros negros, que causan ecos, han sido teorizados durante años, pero no se conocían”, dijeron George N. Wong, Frank y Peggy Taplin, autor principal del estudio en la Facultad de Ciencias Naturales del instituto Such. Aún no se ha medido ningún eco.” e investigador asociado en la Princeton Gravity Initiative de la Universidad de Princeton. “Nuestro método ofrece un modelo para realizar estas mediciones, que potencialmente podrían revolucionar nuestra comprensión de la física de los agujeros negros”.
Esta técnica permite aislar las débiles firmas de eco de la fuerte luz directa capturada por telescopios interferométricos conocidos, como el Telescopio Event Horizon. Wong y una de sus coautoras, Lia Medeiros, miembro visitante de la Facultad de Ciencias Naturales del instituto y miembro Einstein de la NASA en la Universidad de Princeton, han trabajado extensamente como parte de la Colaboración del Telescopio Event Horizon.
Para probar su técnica, Wong y Medeiros, en colaboración con James Stone, profesor de la Facultad de Ciencias Naturales, y Alejandro Cárdenas-Avendaño, miembro Feynman del Laboratorio Nacional de Los Álamos y ex investigador asociado de la Universidad de Princeton, realizaron simulaciones de alta resolución. . Se tomaron decenas de miles de “instantáneas” de luz viajando alrededor de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87 (M87*), que está a unos 55 millones de años luz de la Tierra. Utilizando estas simulaciones, el equipo demostró que su método puede estimar directamente el período de retardo del eco en datos simulados. Creen que su técnica será aplicable a otros agujeros negros además de M87*.
“Este método no sólo confirmará que se ha medido la luz que orbita alrededor de un agujero negro, sino que también proporcionará una nueva herramienta para medir las propiedades fundamentales de los agujeros negros”, explica Medeiros.
Es importante comprender estas características. “Los agujeros negros desempeñan un papel importante en la evolución del universo”, afirma Wong. Desempeñan un papel importante en el desarrollo de las galaxias, influyendo en cómo, cuándo y dónde se forman las estrellas y ayudando a determinar “Conocer la distribución de las masas y los giros de los agujeros negros, y cómo la distribución cambia con el tiempo, mejora enormemente nuestra comprensión del universo”.
Medir la masa o el giro de un agujero negro es difícil. La naturaleza del disco de acreción, es decir, la composición arremolinada de gas caliente y otros materiales que se mueven hacia el interior del agujero negro, puede “confundir” las mediciones, señala Wong. Sin embargo, los ecos de luz proporcionan una medida independiente de la masa y el giro, y múltiples mediciones nos permiten desarrollar una estimación de estos parámetros “en la que realmente podemos creer”, dice Medeiros.
La detección de ecos de luz también puede permitir a los científicos probar mejor las teorías de la gravedad de Albert Einstein. “Utilizando esta técnica, podemos encontrar cosas que nos hagan pensar: ‘¡Oye, esto es raro!'”, dice Medeiros. “Este análisis de datos puede ayudarnos a confirmar si los agujeros negros realmente se ajustan a la relatividad general”.
Los hallazgos del equipo sugieren que puede ser posible detectar los ecos con un par de telescopios, uno en tierra y otro en el espacio, trabajando juntos en lo que se describe como “se puede realizar una interferometría de base muy larga”. Estas misiones interferométricas sólo tienen que ser “modestas”, dice Wong. Su técnica proporciona una forma viable y práctica de recopilar información importante y fiable sobre los agujeros negros.
