La extrema gravedad del agujero negro sesga la luz emitida por diferentes regiones del disco
La primera imagen directa del horizonte de eventos de un agujero negro fue una hazaña verdaderamente impresionante de ingenio científico. Pero fue extremadamente difícil de lograr, y la imagen resultante fue de relativamente baja resolución.
Se perfeccionarán las técnicas y la tecnología, y se espera que las futuras imágenes directas de los agujeros negros mejoren con el tiempo. Y una nueva visualización de la NASA, realizada para la Semana del Agujero Negro de la agencia, muestra lo que podríamos esperar ver en imágenes de alta resolución de un agujero negro supermasivo que se acrecienta activamente.
Imagen de arriba: visto casi de borde, el turbulento disco de gas que se agita alrededor de un agujero negro adquiere una loca apariencia de doble joroba. La extrema gravedad del agujero negro altera los caminos de luz que provienen de diferentes partes del disco, produciendo la imagen deformada.
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en los centros de la mayoría de las grandes galaxias, y cómo llegaron allí es un misterio; que vino primero, el agujero negro o la galaxia, es una de las grandes preguntas en cosmología.
Lo que sí sabemos es que son realmente enormes, como millones o miles de millones de veces la masa del Sol; que pueden controlar la formación de estrellas; que cuando se despiertan y comienzan a alimentarse, pueden convertirse en los objetos más brillantes del Universo. A lo largo de las décadas, también hemos descubierto algunas de sus extrañas dinámicas.
De hecho, la primera imagen simulada de un agujero negro, calculada usando una computadora perforada IBM 7040 de 1960 y trazada a mano por el astrofísico francés Jean-Pierre Luminet en 1978, todavía se parece mucho a la simulación de la NASA.
En ambas simulaciones (la nueva en el vídeo de arriba y el trabajo de Luminet a continuación), verás un círculo negro en el centro. Ese es el horizonte de sucesos, el punto en el que la radiación electromagnética (luz, ondas de radio, rayos X, etc.) ya no es lo suficientemente rápida como para alcanzar la velocidad de escape del tirón gravitacional del agujero negro.
Al otro lado del centro del agujero negro está la parte delantera del disco de material que gira alrededor del agujero negro, como el agua en un desagüe. Genera una radiación tan intensa a través de la fricción que podemos detectar esta parte con nuestros telescopios; eso es lo que estás viendo en la imagen del M87 *.
Puedes ver el anillo de fotones, un anillo de luz perfecto alrededor del horizonte de eventos. Y puedes ver un amplio barrido de luz alrededor del agujero negro. Esa luz proviene en realidad de la parte del disco de acreción detrás del agujero negro; pero la gravedad es tan intensa, incluso fuera del horizonte de eventos, que deforma el espacio-tiempo y dobla el camino de la luz alrededor del agujero negro.
También puedes ver que un lado del disco de acreción es más brillante que el otro. Este efecto se llama emisión relativista y es causado por la rotación del disco. La parte del disco que se mueve hacia nosotros es más brillante porque se acerca a la velocidad de la luz. Este movimiento produce un cambio en la frecuencia en la longitud de onda de la luz. Se llama efecto Doppler.
Esta imagen resalta y explica varios aspectos de la visualización del agujero negro.
El lado que se aleja de nosotros, por lo tanto, es más tenue, porque ese movimiento tiene el efecto contrario.
"Es precisamente esta fuerte asimetría de aparente luminosidad", escribió Luminet en un artículo el año pasado, "que es la principal firma de un agujero negro, el único objeto celeste capaz de dar a las regiones internas de un disco de acreción una velocidad de rotación cercana a la velocidad de la luz e inducir un efecto Doppler muy fuerte".
Simulaciones como estas pueden ayudarnos a comprender la física extrema en torno a los agujeros negros supermasivos, y eso nos ayuda a entender lo que estamos viendo cuando miramos la imagen de M87*.