Científicos de la NASA predicen un espectáculo de ecos de luz de un agujero negro

Los ecos de luz se generan debido a la extrema curvatura del espacio-tiempo predicha por Einstein.

Es bien conocido que los agujeros negros pueden ralentizar el tiempo hasta que parezca arrastrarse y estiran gravitatoriamente grandes objetos hasta convertirlos en algo parecido a espaguetis. Pero de acuerdo con una nueva investigación teórica de dos astrofísicos de la NASA, el tirón de la gravedad justo en el límite exterior del agujero negro puede producir otro estrambótico efecto: ecos de luz.

“Los ecos de luz se generan debido a la extrema curvatura del espacio-tiempo predicha por Einstein”, dice Keigo Fukumura del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Si el agujero negro está girando rápidamente, literalmente puede arrastrar el espacio a su alrededor, y esto puede producir algunos descabellados efectos especiales”.

Esta creación artística muestra un disco de acreción girando alrededor de un agujero negro. Los dos puntos calientes podrían emitir potentes llamaradas de rayos-X.

Fukumura y su colega de NASA Goddard Demosthenes Kazanas presentaron su investigación el miércoles en un póster en la reunión invernal de 2008 de la Sociedad Astronómica Americana en Austin, Texas. También debatieron sus resultados en una conferencia de prensa el jueves.

Muchos agujeros negros están rodeados por discos de gas caliente chamuscados que giran a casi la velocidad de la luz. Los puntos calientes dentro de estos discos a veces emiten estallidos aleatorios de rayos-X, las cuales han sido detectadas por observatorios de rayos-X en órbita. Pero de acuerdo con Fukumura y Kazanas, las cosas se vuelven más interesantes cuando tenemos en cuenta la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la cual describe cómo los objetos extremadamente masivos como los agujeros negros pueden realmente curvar y arrastrar el espacio-tiempo a su alrededor.

Muchos de estos fotones de rayos-X viajan a la Tierra tomando distintos caminos alrededor del agujero negro. Debido a que la extrema gravedad de los agujeros negros curva el espacio-tiempo, esto curva las trayectorias de los fotones ya que llegan aquí con un retardo que depende de la posición relativa de las llamaradas de rayos-X, el agujero negro y la Tierra.

Pero si el agujero negro rota muy rápido, entonces de acuerdo con los cálculos de Fukumura y Kazanas, el retardo entre los fotones es constante, independiente de la posición de la fuente. Descubrieron que para agujeros negros de rotación rápida, aproximadamente el 75% de los fotones de rayos-X llegan al observador tras completar una fracción de la órbita alrededor de un agujero negro, mientras que el resto de fotones viajan a la misma fracción exacta más una o más órbitas completas.

“Para cada estallido de rayos-X desde un punto caliente, el observador recibirá dos o más “flashes” separados por un intervalo constante, por lo que incluso una señal constituida totalmente por una colección aleatoria de estallidos desde puntos calientes en distintas posiciones contendrán un eco de sí mismos”, dice Kazanas.

Aproximadamente el 75% de los rayos-X de una llamarada (línea negra) se dirigen hacia la Tierra sin completar una órbita. Pero el resto orbita el agujero negro una o más veces (líneas azules, verdes, rosas y naranjas) antes de dirigirse hacia nosotros. Crédito: Keigo Fukumura

Aunque es difícil de discernir en los datos en bruto, los astrónomos pueden usar un análisis de Fourier, u otros métodos estadísticos, para seleccionar estos ecos ocultos. Entre otras cosas, un análisis de Fourier es una herramienta matemática para extraer un comportamiento periódico en una señal que podría de otra forma verse como totalmente aleatoria. Los ecos parecerían oscilaciones quasi-periódicas (QPOs). Un ejemplo de QPO con un periodo de 10 segundos podría exhibir picos en 9, 21, 30, 39, 51, y 61 segundos.

Si se tiene en cuenta que un agujero negro de una masa de 10 veces la solar se formó a partir de una estrella moribunda, y si el agujero negro está rotando a más del 95 por ciento de su máxima velocidad posible, el periodo de estas QPOs sería de aproximadamente 0.7 milisegundos, lo que corresponde a aproximadamente 1400 picos por segundo, lo cual es tres veces más que cualquier otra QPOs que haya sido detectada alrededor de agujeros negros. El satélite Explorador Sincrónico de Rayos-X Rossi de la NASA podría medir una frecuencia tan alta de QPOs, pero la señal tendría que ser muy fuerte.

Detectar estas QPOs de alta frecuencia sería más que confirmar otra predicción de la Teoría de Einstein. También proporcionaría una mina de oro de información sobre el propio agujero negro. La frecuencia de las QPOs dependen de la masa del agujero, por lo que detectar este efecto de eco proporcionaría a los astrónomos una forma precisa de medir la masa de los agujeros negros. Además, apunta Kazanas, “Estos ecos tienen lugar sólo si un agujero negro gira cerca de su máxima velocidad posible, por lo que esto diría a los astrónomos que el agujero negro está girando realmente rápido”.

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Autor: Robert Naeye
Fecha Original: 10 de enero de 2008
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Fuente: Ciencia Kanija