Cuando un objeto pasa cerca de agujeros negros, la fuerza de gravedad lo atraerá hasta su interior, emitiendo unos últimos haces de luz antes de ser encerrados para siempre. Sin correr ese peligro ¿Qué tan cerca podemos estar?

A pesar de que estos haces de luz están muy lejos como para ser detectados directamente, los astrónomos han diseñado una nueva técnica que podría captarlos. Un método que probaría todo el conocimiento que se tiene acerca de la gravedad en los entornos más lejanos del Universo.

Así, analizarán las características específicas de esos haces de luz para entender cuál es la distancia más cercana que se puede estar en un agujero negro sin ser absorbido. Esta zona se llama «órbita circular más estable», también conocida como ISCO.

El horizonte de los agujeros negros

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Existe un línea de horizonte que divide la zona segura y peligrosa de los agujeros negros. Crédito: Victor el Paio/Wikipedia Commons

Existe un «horizonte» que divide la zona segura con la peligrosa cuando se trata de un agujero negro. Una vez se cruza esa línea, todo, incluyendo la luz, es a absorbido.

Pero fuera de ese horizonte, todo está «bien». Los agujeros negros tienen cierta masa; algunos tienen una masa similar a la del Sol, otros son verdaderos monstruos que superan miles de veces la masa de la estrella.

A pesar de ello, un agujero negro es como cualquier otro objeto con una masa idéntica. La gravedad y la órbita siguen siendo las mismas. Incluso, hay muchos objetos orbitando alrededor de los agujeros negros.

Pero cuando estos quedan atrapados por su gravedad empieza un viaje sin retorno. Mientras el material se precipita en su interior, se comprime en una banda delgada o un «disco de acreción».

Ese disco continuará girando con calor, fricción, fuerzas magnéticas y eléctricas que lo energizan. Esto es lo que provoca que emita esa intensa luz antes de desaparecer.

En los agujeros negros masivos, este disco brilla aún más fuerte y se les conoce de otra manera: núcleos galácticos activos, o AGN. Y son capaces de, incluso, eclipsar a millones de galaxias.

De no ser porque los trozos de materiales se frotan ente sí, creando una fricción que les drena la energía rotacional, estos podrían seguir orbitando alrededor de los agujeros negros. Como si se tratasen de planetas orbitando alrededor de una estrella.

Una llamada de auxilio

Órbita circular más estable. Crédito: Gerd Altmann/Pixabay

El ISCO es una predicción hecha en base a la teoría general de la relatividad de Einstein. Misma teoría que predijo la existencia de los agujeros negros.

A pesar del éxito de la relatividad general en la predicción y explicación de fenómenos en todo el universo, y nuestro conocimiento seguro de que los agujeros negros son reales, nunca hemos podido verificar la existencia de la ISCO y si se ajusta a las predicciones de la relatividad general.

Pero el gas que cae en los agujeros negros puede proporcionarnos una forma de verificar esa existencia.

Un equipo de astrónomos publicó recientemente un artículo en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, que también se cargó a arXiv, describiendo cómo aprovechar esa luz moribunda para estudiar la ISCO.

Su técnica se basa en un truco astronómico conocido como mapeo de reverberación, que aprovecha el hecho de que diferentes regiones alrededor del agujero negro se iluminan de diferentes maneras.

Captando la luz

La luz que emiten los rayos X podrían ser el camino para descifrar la existencia del ISCO. Crédito: publicdomainpictures.net

Cuando el gas fluye desde el disco de acreción, pasa el ISCO y entra en el agujero negro. Este se calienta tanto que emite una amplia franja de radiación de rayos X de alta energía.

Esa luz de rayos X brilla en todas las direcciones lejos del agujero negro. Podemos ver esta emisión desde la Tierra, pero los detalles de la estructura del disco de acreción se pierden.

Esa misma luz de rayos X también ilumina regiones fuera del disco de acreción, regiones dominadas por grupos de gas frío.

El gas frío se energiza por los rayos X y comienza a emitir su propia luz, en un proceso llamado fluorescencia. También podemos detectar esta emisión, por separado del resplandor de rayos X que emana de las regiones más cercanas al agujero negro.

A la luz le lleva tiempo salir del ISCO y la parte externa del disco de acreción hacia el gas frío. Si observamos atentamente, podemos ver al principio las regiones centrales, seguidas brevemente por la luz de «reflejo» de las capas fuera del ISCO y el disco de acreción inmediatamente circundante.

El tiempo y la información de esta luz reflejada dependen mucho de la estructura que tenga el disco de acreción. Esto es lo que los astrónomos han usado para conseguir estimar la masa de los agujeros negros.

La aplicación de simuladores avanzados para este nuevo estudio sirve para ver cómo el movimiento de gas dentro del ISCO muere el gas una vez cae en el agujero negro y emite rayos X, tanto cerca como en el exterior.

Actualmente, la ciencia no tiene la capacidad de medir el gas «condenado», sin embargo, creen que la próxima generación de telescopios de rayos X podría ser capaz de confirmar la existencia del ISCO y ver si, realmente, existe un punto cercano a los agujeros negros que sea seguro.

Este estudio científico fue publicado en arXiv

Referencias:

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