Imagen de tres colores que muestra los resultados de una simulación M87, el rojo muestra la emisión a longitudes de onda de radio largas, el azul muestra la emisión a 1,3 mm (la longitud de onda que usa el EHT) y el verde muestra la emisión a 0,87 mm de longitud de onda. Crédito: Lia Medeiros, IAS, BH PIRE
Si una imagen vale más que mil palabras, ¿cuál podría ser la primera imagen a escala de horizonte de un calabozo ¿Dinos? Un nuevo artículo de investigadores de la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT), que tomó imágenes del agujero negro central de M87, ha proporcionado una serie de respuestas esclarecedoras. Basado en un análisis de la sombra del agujero negro, el equipo realizó una prueba única de relatividad general, profundizando la comprensión sobre las propiedades inusuales de los agujeros negros y descartando muchas alternativas. Esta investigación, publicada en Cartas de revisión física, fue dirigida por Dimitrios Psaltis (miembro de la IAS, 2001-03) de la Universidad de Arizona, Lia Medeiros del Instituto de Estudios Avanzados (IAS), y Feryal Özel (miembro de la IAS, 2002-05) y Pierre Christian, ambos de la University of Arizona, y fue coautor de la colaboración EHT.
La intensa gravedad de un agujero negro curva el espacio-tiempo, actuando como una lupa y haciendo que la sombra del agujero negro parezca más grande. Al medir esta distorsión visual, el equipo de investigación encontró que el tamaño de la sombra del agujero negro corrobora las predicciones de la relatividad general. Una prueba de gravedad en el borde de un agujero negro supermasivo representa una novedad para la física y ofrece una prueba más de que la teoría de Einstein permanece intacta incluso en las condiciones más extremas.
Animación de tres colores que muestra los resultados de una simulación M87, el rojo muestra la emisión a longitudes de onda de radio largas, el azul muestra la emisión a 1,3 mm (la longitud de onda que usa el EHT) y el verde muestra la emisión a 0,87 mm de longitud de onda. Crédito: Lia Medeiros, IAS, BH PIRE
“Esto es realmente solo el comienzo. Ahora hemos demostrado que es posible usar una imagen de un agujero negro para probar la teoría de la gravedad ”, explicó Medeiros. “Esta prueba será aún más poderosa una vez que obtengamos imágenes del agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia y en futuras observaciones de EHT con telescopios adicionales que se agregarán a la matriz”.
La sombra del agujero negro es diferente a las sombras que se encuentran en la vida cotidiana. Mientras que un objeto físico proyecta una sombra al evitar que la luz pase a través de él, un agujero negro puede crear el efecto de una sombra al desviar la luz hacia sí mismo. Si bien la luz no puede escapar del interior de un agujero negro, es posible, aunque poco probable, que la luz escape de la región que rodea el horizonte de sucesos, dependiendo de su trayectoria. El resultado es una turbia tierra de nadie más allá del punto sin retorno, que a los observadores les parece una sombra.
Se han realizado pruebas gravitacionales en una variedad de escenarios cósmicos. Durante el eclipse solar de 1919, se observó la primera evidencia de relatividad general basada en el desplazamiento de la luz de las estrellas, viajando a lo largo de la curvatura del espacio-tiempo causada por la gravedad del sol. Más recientemente, se han realizado pruebas para sondear la gravedad fuera del sistema solar y a escala cosmológica. Los ejemplos incluyen la detección de ondas gravitacionales en el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO). Las ondas gravitacionales se propagan a través del tejido del espacio-tiempo como ondas en un estanque, dada la naturaleza dinámica del espacio-tiempo como predice la relatividad general.
Visualización del nuevo medidor desarrollado para probar las predicciones de las teorías gravitatorias modificadas frente a la medición del tamaño de la sombra M87. Crédito: D. Psaltis, Universidad de Arizona; Colaboración EHT
El nuevo artículo de EHT se centra en un espacio de parámetros previamente inexplorado para la investigación de agujeros negros. Además de proporcionar una prueba completamente nueva para todas las fórmulas alternativas de la gravedad, también conecta las limitaciones de las imágenes de los agujeros negros con las de otros experimentos gravitacionales. El agujero negro supermasivo en el centro de M87 estudiado por la colaboración EHT es 6.500 millones de veces más masivo que el sol. En contraste, los detectores de ondas gravitacionales monitorean los agujeros negros de masa estelar que van desde cinco a varias docenas de masas solares. Perspectivas tan diversas son esenciales para una comprensión más completa de la naturaleza subyacente de los agujeros negros.
La forma casi circular de la sombra del agujero negro, como se observa, también puede conducir a una prueba del teorema relativista general sin pelo, que establece que un agujero negro se describe enteramente por su masa, giro y carga eléctrica. En otras palabras, dos agujeros negros que poseen la misma masa, espín y carga eléctrica se considerarían indistinguibles, similar a la naturaleza idéntica de partículas subatómicas similares. Si se detectaran irregularidades geométricas, podría indicar la existencia de propiedades adicionales de agujero negro más allá de la masa, el giro y la carga eléctrica.
En un estudio separado, “Un modelo paramétrico para las formas de las sombras de los agujeros negros en los espacios-tiempos no Kerr”, publicado en El diario astrofísico este año, Medeiros, Psaltis y Özel exploran el tamaño y la forma de la sombra del agujero negro modelando varios espaciotiempos y teorías de la gravedad diferentes. La sombra del agujero negro depende solo de la geometría del espacio-tiempo circundante y no de la astrofísica del proceso de acreción.
El trabajo en curso de la colaboración EHT y sus miembros continuará iluminando tanto el marco oculto como las características visibles de los agujeros negros.
Referencias:
“Prueba gravitacional más allá del primer orden post-Newtoniano con la sombra del agujero negro M87” por Dimitrios Psaltis et al. (Colaboración EHT), 1 de octubre de 2020, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.141104
“Un modelo paramétrico para las formas de las sombras de los agujeros negros en los espaciotiempos no Kerr” por Lia Medeiros, Dimitrios Psaltis y Feryal Özel, 8 de junio de 2020, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab8bd1
