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Alucinante visualización de la NASA muestra la salvaje deformación de los agujeros negros binarios

El mundo doblemente deformado de los agujeros negros binarios

Prueba la danza de flexión de la luz de los agujeros negros binarios

Aunque es extremadamente difícil obtener imágenes directamente de la sombra y el espacio alrededor de un agujero negro, esa no es la única herramienta que los astrónomos tienen en su equipo.

Sobre la base de años de observaciones y análisis, existe una tradición de décadas de visualizaciones de agujeros negros, que se remonta al trabajo del astrónomo francés Jean-Pierre Luminet en la década de 1970.

De manera fascinante, las simulaciones se acercaron mucho a lo que vimos cuando un enorme equipo internacional de científicos capturó finalmente una imagen directa de un agujero negro supermasivo, el ahora famoso M87*. Entonces sabemos que nuestras predicciones han sido tradicionalmente muy precisas.

Agujero negro binario Agujero negro binario

Debido a los intensos campos gravitacionales involucrados, las cosas se ponen realmente feas. La luz se curva y su intensidad cambia, dependiendo de la dirección en la que se mueva. Entonces, ¿Qué sucede cuando no hay uno, sino dos agujeros negros encerrados en órbita mutua, cada uno con su propia gravedad, y cada uno orbitado por su propio brillante disco de acreción de polvo y gas?

Bueno, podría parecerse un poco a la última visualización de un agujero negro extremadamente alucinante de la NASA.

Sobre la base de su trabajo anterior de un agujero negro simulado y su disco de acreción, el astrofísico Jeremy Schnittman del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA juntó dos agujeros negros para ver qué pasaba.

"Estamos viendo dos agujeros negros supermasivos, uno más grande con 200 millones de masas solares y un compañero más pequeño que pesa la mitad", explicó.

"Estos son los tipos de sistemas binarios de agujeros negros en los que creemos que ambos miembros podrían mantener discos de acreción que duren millones de años".

La simulación comienza como si estuvieras mirando de arriba hacia abajo mientras los dos agujeros negros supermasivos se orbitan entre sí. Está la sombra del agujero negro en el medio de cada uno, rodeado por un amplio disco de acreción.

El delgado anillo entre el borde interior del disco de acreción y la sombra del agujero negro se llama anillo de fotones, donde la gravedad es tan fuerte que los fotones quedan atrapados en una órbita estable alrededor del agujero negro. Si estos fotones se acercaran más al agujero negro, caerían más allá del horizonte de eventos, donde no podemos verlos.

A medida que continúa la simulación, la perspectiva del espectador desciende hasta el plano orbital de los dos agujeros negros.

Al principio, la simulación se parece mucho a otras simulaciones que puedes haber visto, con la luz del disco doblada en la parte posterior para formar un halo, y la luz frente a la sombra del agujero negro más brillante a medida que se mueve hacia el espectador, y más tenue a medida que se aleja. Esto se conoce como radiación relativista y es causado por el efecto Doppler, que es la forma en que las ondas (en este caso, ondas de luz) aparentemente cambian dependiendo de su dirección de viaje.

Entonces se pone muy raro, muy rápido.

detalle del agujero negro binario

Imagen: Una vista frontal del sistema resalta la imagen distorsionada del agujero negro más pequeño (recuadro) de su compañero más grande. Para alcanzar la cámara, el agujero negro más pequeño debe desviar la luz de su compañero rojo en 90 grados. El disco de acreción de esta imagen secundaria aparece como una línea, lo que significa que estamos viendo una vista de borde del compañero rojo, al mismo tiempo que lo vemos desde arriba. También se forma una imagen secundaria del disco azul justo fuera del anillo de luz brillante más cercano al agujero negro más grande. Créditos: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell

Schnittman ha utilizado dos diferentes colores para representar los dos agujeros negros porque los hace más fáciles de diferenciar a medida que los campos gravitacionales se doblan y deforman, lo que hace que la luz recorra trayectorias curvas complejas, calculadas utilizando una poderosa supercomputadora. La luz de cada agujero negro se distorsiona aún más a medida que está influenciada por la gravedad de su compañero binario.

Luego, la vista se mueve de arriba hacia abajo, con una vista ampliada, donde, viajando alrededor del anillo de fotones de un agujero negro, se encuentra la vista lateral de su compañero. Esto se debe a que la luz se dobla 90 grados, lo que significa que obtenemos vistas simultáneas de arriba hacia abajo y de lado distorsionadas de cada agujero negro.

"Un sorprendente aspecto de esta nueva visualización es la naturaleza auto-similar de las imágenes producidas por lentes gravitacionales", dijo Schnittman. "Al hacer zoom en cada agujero negro se revelan múltiples imágenes cada vez más distorsionadas de su pareja".

La lente gravitacional es, de hecho, una herramienta útil para ver las regiones más profundas del espacio, ya que magnifica y, a menudo, duplica el objeto más lejano. Las galaxias y los cúmulos de galaxias también pueden ser lentes gravitacionales, aunque los objetos con lentes no parecen tan flexibles y extraños como las imágenes producidas por dos agujeros negros supermasivos activos.

Obtener imágenes directas de un agujero negro es mucho trabajo, y los agujeros negros supermasivos binarios son raros, por lo que es poco probable que en el corto plazo veamos la versión de la vida real de la visualización de Schnittman - pero simulaciones como estas pueden ayudarnos a comprender la física de los entornos extremos alrededor de los agujeros negros supermasivos, de modo que podamos analizar mejor las observaciones que podamos realizar.

Además, se ven realmente increíbles.

Modificado por última vez enSábado, 17 Abril 2021 12:17