Publicado 01/06/2020 16:36CET

Siempre hay anillos de luz en torno a un agujero negro

Siempre hay anillos de luz en torno a un agujero negro
Siempre hay anillos de luz en torno a un agujero negro - Universidad de Aveiro

MADRID, 1 Jun. (EUROPA PRESS) -

Los agujeros negros siempre forman anillos de luz a su alrededor. Entre otras consecuencias, este resultado establece que la silueta de un agujero negro siempre es más grande que sí mismo, según un nuevo teorema presentado en Physical Review Letters por un par de científicos portugueses.

En abril de 2019, la imagen de un agujero negro se volvió viral y captó la atención de la humanidad. Obtenida por la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT), esta imagen es la primera "fotografía" de un agujero negro, en este caso un agujero negro gigante ubicado en el centro de la galaxia elíptica gigante M87. Esta galaxia está a solo 53 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Virgo.

En la imagen EHT, el agujero negro muestra un área menos brillante y oscura, como se esperaba. Sin embargo, el círculo de luz que es visible alrededor de esta zona oscura es la región más informativa con fines científicos. Este círculo de luz está estrechamente relacionado con la forma en que los rayos de luz se doblan bajo el enorme tirón gravitacional del agujero negro. Esta curvatura puede ser tan pronunciada que hay rayos de luz en las proximidades del agujero negro que describen una órbita circular cerrada, llamada anillo de luz. Del análisis del círculo de luz en la imagen del agujero negro es posible inferir propiedades del anillo de luz. De esta forma es posible obtener, en principio, algunas características del agujero negro, como su masa y su rotación.

Las observaciones de EHT son completamente consistentes con la existencia de anillos de luz alrededor de los agujeros negros. Sin embargo, estas observaciones se limitan actualmente a un solo caso, el agujero negro gigante con una enorme masa de 6.000 millones de veces la del Sol en el centro de M87.

¿Pero es cierto que cualquier agujero negro debe tener anillos de luz? La pregunta se vuelve más interesante si no queremos suponer que la verdadera descripción de las leyes de la gravedad es la que Einstein establece en su Teoría de la relatividad general. Si la gravedad en el Cosmos se rige por diferentes leyes que también permiten la existencia de agujeros negros, ¿sigue siendo cierto que los agujeros negros deben tener anillos de luz?

En el artículo "Agujeros negros estacionarios y anillos de luz" P. Cunha, ex estudiante de doctorado de la Universidad de Aviero y el Instituto Superior Técnico y ahora investigador en el Instituto Albert Einstein, Alemania, y C. Herdeiro, investigador en el Departamento de Matemáticas y CIDMA, de la Universidad de Aveiro, responden a esta pregunta. Sin suponer cuál es la verdadera ley que describe la gravedad, pero considerando la existencia de un agujero negro, y utilizando una técnica innovadora en este contexto, con argumentos del área matemática de la topología, mostraron que cualquier agujero negro debe tener anillos de luz. El artículo también muestra que los anillos de luz deben estar fuera del límite inmaterial del agujero negro, llamado horizonte de sucesos. Y finalmente, debe haber al menos dos anillos de luz con rotaciones opuestas: uno para los rayos de luz que circunnavegan el agujero negro en la misma dirección en que gira, y otro para los rayos de luz que circunnavegan el agujero negro en contrarrotación.

Las consecuencias de este resultado son múltiples. Una de las más interesantes es que la silueta del agujero negro, es decir, el área oscura que se ve en la imagen EHT, siempre es más grande que el agujero negro en sí. Cuando se ilumina el agujero negro, la luz capturada no es solo la que cae directamente en el horizonte de eventos: la luz que se acerca más que la ubicación de los anillos de luz es tan curva y atraída por el campo gravitacional del agujero negro que termina siendo encarcelado por ello.

La zona oscura de la imagen EHT, por lo tanto, representa la silueta de una atracción fatal de la luz y no corresponde al perfil del agujero negro en sí. Para cualquier agujero negro, independientemente del modelo de gravedad, esta silueta es más grande que el perfil esperado del agujero negro. Esto se debe a que los anillos de luz necesariamente existen, concluyen estos investigadores en un comunicado.