Imagen de un agujero negro. A pesar de su color oscuro, se cree que todos los agujeros negros se formaron a partir de materia ordinaria, pero tales ilustraciones no son del todo precisas.En abril de 2017, los telescopios de todo el mundo recopilaron simultáneamente datos sobre el agujero negro central de la Vía Láctea. De todos los agujeros negros conocidos en el universo, el que se encuentra en el centro de la galaxia,
Sagitario A * , es especial. Desde nuestro punto de vista, su horizonte de eventos es el agujero negro más grande disponible para nosotros. Es tan grande que los telescopios ubicados en diferentes lugares de la Tierra tendrían que verlo si todos lo miraran simultáneamente. Aunque llevará meses combinar y analizar los datos obtenidos de diferentes telescopios, para finales de 2017 deberíamos obtener nuestra primera imagen del horizonte de eventos. Entonces, ¿cómo debería verse? Esta pregunta es hecha por uno de nuestros lectores, confundido en las ilustraciones:
¿No debería el horizonte de eventos rodear por completo el agujero negro a la manera de una cáscara de huevo? Todos los artistas pintan agujeros negros en forma de huevos duros cortados. ¿Por qué el horizonte de eventos no rodea completamente el agujero negro?Por supuesto, en Internet puedes encontrar ilustraciones de varios tipos. ¿Pero cuáles son correctos?
Dibujar con un simple círculo negro y un anillo alrededor: una imagen demasiado simplificada del horizonte BHEl tipo de ilustración más antiguo es un simple disco negro que cubre toda la luz detrás de él. Esto tiene sentido si recuerdas qué es el BH: de hecho, es una masa recogida en un lugar tan grande y tan compacta que la velocidad de escape de su superficie excede la velocidad de la luz. Como nada puede moverse tan rápido, incluso la transferencia de interacciones entre partículas dentro del BH, dentro del BH colapsa a una singularidad, y se forma un horizonte de eventos alrededor del BH. La luz no puede escapar de esta parte esférica del cosmos, por lo que debería verse desde cualquier perspectiva, como un círculo negro superpuesto en el fondo del Universo.
BH no es solo masa sobre un fondo aislado, tiene efectos gravitacionales que estiran, aumentan y distorsionan la luz debido a la lente gravitacional.Pero esta no es toda la historia. Debido a la gravedad, los BH aumentan y distorsionan la luz proveniente del lado posterior debido al efecto de la lente gravitacional. Hay ilustraciones más precisas y detalladas de la apariencia del BH, e incluso tiene un horizonte de eventos cuyo tamaño se compara correctamente con la curvatura del espacio según GR.
Desafortunadamente, estas ilustraciones no están exentas de inconvenientes: no tienen en cuenta el material frente al agujero negro y el disco de acreción alrededor del agujero negro. Algunas imágenes incluyen esto.
La imagen de un BH activo, ocupado por la acumulación de materia y la aceleración de su parte en forma de dos chorros perpendiculares, puede describir el BH en el centro de nuestra galaxia correctamente desde muchos puntos de vista.Debido a los enormes efectos gravitacionales, los agujeros negros forman discos de acreción en presencia de otras fuentes de materia. Los asteroides, las nubes de gas y las estrellas enteras pueden romperse en pedazos por las fuerzas de marea que emanan de objetos tan masivos como los agujeros negros. Debido a la conservación del momento angular y a las colisiones entre varias partículas incidentes en el BH, aparece un objeto en forma de disco a su alrededor, que se calienta e irradia. En las regiones internas, las partículas caen periódicamente en el agujero negro, lo que aumenta su masa, y el material frente a él cubre parte de la esfera que de otro modo verías.
Pero el horizonte de eventos en sí es opaco, y no debería ver la materia detrás de él.
En el agujero negro en la película interestelar, el horizonte de eventos para una clase especial de BH giratorios se muestra con bastante precisiónTe sorprenderá que en la película de Hollywood Interstellar BH se represente con mayor precisión que en muchas imágenes profesionales creadas en o para la NASA. Pero incluso entre los profesionales, hay muchas ideas falsas sobre BH. Los BH no absorben la materia, sino que solo ejercen un efecto gravitacional. Los BH no desgarran objetos debido a una fuerza adicional; las fuerzas de marea simples lo hacen cuando una parte del objeto que cae está más cerca del centro que la otra. Y, lo más importante, los BH rara vez existen en un estado "desnudo", y a menudo se encuentran cerca de otra materia, como la que existe en el centro de nuestra galaxia.
Imagen compuesta de BH Sagitario A * en el centro de nuestra galaxia, compuesta de rayos X y rayos infrarrojos. Tiene una masa de 4 millones de rayos solares y está rodeado de gases calientes que emiten rayos XTeniendo en cuenta todo esto, recordemos qué tipo de imágenes de huevos cocidos son. Recuerde que el BH en sí no puede representarse, ya que no emite luz. Solo podemos observar en un cierto rango de longitudes de onda y ver una combinación de luz que pasa por alto el BH desde atrás, doblándose y frente a él. Y la señal resultante realmente se parecerá a un huevo duro, cortado por la mitad.
Algunas de las posibles señales del horizonte de eventos BH obtenidas en las simulaciones del proyecto " Event Horizon Telescope "La cosa es exactamente lo que fotografiamos. No podemos observar en el rango de rayos X, porque hay muy pocos fotones de este tipo. No podemos observar en luz visible, ya que el centro de la galaxia es opaco. Y no podemos observar con luz infrarroja, porque la atmósfera bloquea tales rayos. Pero podemos observar en el rango de radio y hacerlo en todo el mundo, al mismo tiempo, para obtener la mejor resolución posible.
Partes del "Telescopio del horizonte de eventos" de un hemisferioEl tamaño angular del BH en el centro de la galaxia es de aproximadamente 37 microsegundos angulares, y la resolución del telescopio es de 15 microsegundos angulares, ¡así que deberíamos poder verlo! La mayor parte de la radiación de radiofrecuencia proviene de partículas cargadas de materia, acelerando alrededor del BH. No sabemos cómo se orientará el disco, si habrá varios discos allí, si será más como un enjambre de abejas o un disco compacto. Tampoco sabemos si preferiría un "lado" del BH, desde nuestro punto de vista, al otro.
Cinco simulaciones diferentes en relatividad general utilizando el modelo magnetohidrodinámico del disco de acreción del agujero negro, y cómo se verá la señal recibidaEsperamos encontrar un horizonte de eventos real, con un cierto tamaño, bloqueando toda la luz que viene de detrás. También esperamos la presencia de alguna señal ubicada frente a ella, la irregularidad de esta señal debido a un desorden alrededor del agujero negro, y que la orientación del disco en relación con el agujero negro determinará exactamente qué puede ver.
Una parte será más brillante cuando el disco gire en nuestra dirección. El otro lado es más tenue cuando el disco gira lejos de nosotros. El contorno del horizonte de eventos también puede ser visible debido a la lente gravitacional. Más importante aún, la ubicación del disco hacia nosotros con un borde o plano afectará en gran medida la naturaleza de la señal recibida, como se puede ver en el primer y tercer cuadrados de la figura a continuación.
La ubicación del disco hacia nosotros con un borde (dos cuadrados derechos) o un plano (dos cuadrados izquierdos) afectará en gran medida lo que veremos BHPodemos verificar otros efectos, a saber:
• ¿Tiene el BH el tamaño predicho por GR,
• si el horizonte de eventos es redondo (como se predijo), alargado o aplanado en los polos,
• ¿se extiende la emisión de radio más allá de lo que pensamos?
o todavía hay algunas desviaciones del comportamiento esperado. Este es un nuevo paso en física, y estamos al borde de su verificación directa. Una cosa está clara: no importa lo que vea el "Event Horizon Telescope", ¡definitivamente aprenderemos algo nuevo y hermoso sobre uno de los objetos y condiciones más extremos del Universo!
Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].