Imagina una galaxia reflejada en una sala de espejos de una casa divertida. Vería la galaxia, repetida una y otra vez, con cada imagen volviéndose más grotesca y distorsionada. Así es como se ve el universo cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro , uno de los lugares más deformados del cosmos.
Mientras que los físicos tenían algunas ideas previas sobre lo que tales regiones parecían, un nuevo cálculo ha demostrado exactamente lo que se ve alrededor de los agujeros negros, la apertura de posibles nuevas formas de prueba de Einstein la teoría de la relatividad general ‘s.
Vueltas y vueltas
El área cercana a un agujero negro es realmente muy extraña. Mirar directamente el objeto pesado no le daría a sus ojos mucho en qué enfocarse; los rayos de luz son tragados por el horizonte de sucesos del agujero negro, el punto en el que nada puede escapar de su masiva influencia gravitacional.
Pero si colocara una galaxia detrás del agujero negro y luego mirara hacia un lado, vería una imagen distorsionada de la galaxia. Eso es porque algo de luz de la galaxia apenas rozaría los bordes del agujero negro, sin caer.
Debido a la extrema gravedad del agujero negro, dicha luz se desviaría hacia su línea de visión. Curiosamente, la galaxia parecería estar muy lejos del agujero negro, no directamente detrás de él.
La gravedad alrededor de los agujeros negros es tan intensa, y el espacio-tiempo está tan increíblemente deformado, que a cierta distancia, la luz misma puede orbitar los agujeros negros. Parte de la luz de una galaxia de fondo incluso queda atrapada, dando vueltas para siempre.
Sin embargo, la luz tendría que llegar a la distancia exacta exacta del agujero negro para quedar atrapada en una órbita. También puede golpear el agujero negro en un ángulo que le permita hacer uno (o muchos) bucles antes de eventualmente escapar.
Al mirar el borde del agujero negro, sus ojos verían una imagen de la galaxia de fondo de su luz desviada. Luego, vería una segunda imagen de la galaxia de los rayos de luz que lograron hacer una sola órbita antes de escapar, y luego otra vez de los rayos de luz que hicieron dos órbitas, y luego tres y así sucesivamente.
Durante décadas, los físicos han sabido a través de estimaciones simples que cada imagen está e ^ 2𝜋 veces más cerca que la anterior.
En esa fórmula, e es la base del logaritmo natural y equivale aproximadamente a 2,7182. Pi es otro número irracional de aproximadamente 3,14159, por lo que e ^ 2𝜋 resulta en un número muy cercano a 500. Eso significa que cada repetición del mismo objeto de fondo está unas 500 veces más cerca del borde del agujero negro que la anterior.
La luz de las galaxias en el fondo de un agujero negro rodea al monstruo gravitacional, creando infinitas imágenes de «espejo» de ese universo. (Crédito de la imagen: Peter Laursen)
Haciéndolo de la manera difícil
Si bien los físicos podrían obtener ese resultado simple utilizando cálculos con lápiz y papel, no estaban seguros de si ese factor especial de 500 sería completamente exacto si observaban de cerca el comportamiento de la curvatura compleja del espacio-tiempo cerca de los agujeros negros.
En los resultados publicados en un nuevo estudio, Albert Sneppen, un estudiante de posgrado en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague en Dinamarca, utilizó métodos numéricos para simular la física de los rayos de luz que orbitan (y escapan) la vecindad de los agujeros negros. Verificó que el factor de 500 se mantuvo igual en un tratamiento de alta precisión. Sus resultados aparecieron el 9 de julio en la revista Scientific Reports .
«Hay algo fantásticamente hermoso en comprender ahora por qué las imágenes se repiten de una manera tan elegante», dijo Sneppen en un comunicado .
Sneppen descubrió que el factor 500 se aplica solo a los agujeros negros simplificados e inmóviles. Los agujeros negros en el universo real giran, lo que cambia la forma en que la luz los orbita, lo que, a su vez, cambia la distancia entre las imágenes.
