En abril de 2019, la historia de colaboración del Event Horizon Telescope hizo historia cuando lanzó la primera imagen de un agujero negro jamás tomada. Este logro tardó décadas en producirse y desencadenó un circo mediático internacional. La imagen fue el resultado de una técnica conocida como interferometría, donde los observatorios de todo el mundo combinaron la luz de sus telescopios para crear una imagen compuesta.
Esta imagen mostró lo que los astrofísicos han predicho durante mucho tiempo, que la flexión gravitacional extrema hace que los fotones caigan alrededor del horizonte de eventos, contribuyendo a los anillos brillantes que los rodean. La semana pasada, el 18 de marzo, un equipo de investigadores del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) anunció una nueva investigación que muestra cómo las imágenes de los agujeros negros podrían revelar una subestructura intrincada dentro de ellas.
El estudio que describe sus hallazgos, titulado "Firmas interferométricas universales del anillo de fotones de un agujero negro", apareció recientemente en la revista Avances científicos. El equipo fue dirigido por Michael Johnson, un astrofísico del CfA, e indujo a miembros de la Iniciativa Black Hole de Harvard (BHI), el Laboratorio Nacional de Los Alamos, el Centro Princeton de Ciencias Teóricas y varias universidades.
Como Johnson explicó en un reciente comunicado de prensa de CfA:
“La imagen de un agujero negro en realidad contiene una serie de anillos anidados. Cada anillo sucesivo tiene aproximadamente el mismo diámetro pero se vuelve cada vez más nítido porque su luz orbita el agujero negro más veces antes de llegar al observador. Con la imagen actual de EHT, hemos vislumbrado toda la complejidad que debería surgir en la imagen de cualquier agujero negro ".
Como nos dice la ley de la relatividad general, los campos gravitacionales alteran la curvatura del espacio-tiempo. En el caso de un agujero negro, el efecto es extremo y hace que incluso la luz (fotones) caiga a su alrededor. Estos fotones proyectan una sombra sobre el brillante anillo de gas y polvo que se acelera a velocidades relativistas por la gravedad del agujero negro.
Alrededor de esta región sombreada hay un "anillo de fotones" producido a partir de fotones que se concentran por la fuerte gravedad cerca del agujero negro. Este anillo puede decirle a los astrónomos mucho sobre un agujero negro, ya que su tamaño y forma revelan la masa y la rotación (también conocido como "giro") del agujero negro. Debido a las imágenes de EHT, los investigadores de agujeros negros ahora tienen una herramienta para estudiar los agujeros negros.
Desde la década de 1950, los astrónomos han aprendido mucho sobre ellos al estudiar el efecto que tienen en el entorno que los rodea. En otras palabras, el estudio de los agujeros negros ha sido de naturaleza indirecta y teórica. Pero con la capacidad de tomar imágenes de estos objetos celestes, los astrónomos finalmente pueden estudiarlos directamente y obtener datos reales.
George Wong, un estudiante graduado de física en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, fue responsable del desarrollo de software para producir imágenes simuladas de agujeros negros. Este software es lo que permitió el cálculo de imágenes que tenían la resolución más alta hasta la fecha y permitió a su equipo descomponerlas en la serie predicha de subimágenes. Como Wong indicó:
“Reunir a expertos de diferentes campos nos permitió conectar realmente una comprensión teórica del anillo de fotones a lo que es posible con la observación. Lo que comenzó como cálculos clásicos a lápiz y papel nos impulsó a llevar nuestras simulaciones a nuevos límites ".
Sin embargo, lo que fue especialmente sorprendente para los investigadores fue cómo la subestructura revelada por la imagen del agujero negro crea nuevas oportunidades para la investigación. Si bien los subenganches que revelaron son normalmente invisibles a simple vista en las imágenes, producen señales muy claras cuando se observan mediante conjuntos de telescopios que utilizan interferometría.
Esto presenta a los astrónomos una forma relativamente fácil de ampliar el trabajo realizado por la colaboración EHT hasta el momento. "Si bien la captura de imágenes de agujeros negros normalmente requiere muchos telescopios distribuidos, los subenganches son perfectos para estudiar utilizando solo dos telescopios que están muy separados", dijo Johnson. "Agregar un telescopio espacial al EHT sería suficiente".
Los campos de la astronomía y la astrofísica han experimentado múltiples revoluciones en los últimos años. Entre las primeras observaciones de objetos interestelares, la confirmación de ondas gravitacionales y las primeras observaciones directas de un agujero negro. Estos primeros han permitido la investigación que promete desbloquear una serie de misterios perdurables sobre el cosmos.
La investigación del equipo fue posible en parte gracias a las subvenciones otorgadas por la NASA, la National Science Foundation (NSF), el Departamento de Energía (DoE) y múltiples fundaciones científicas y de investigación.
