Los astrónomos han revelado el anillo de fotones de un agujero negro por primera vez

En 2019, el Event Horizon Telescope nos dio nuestra primera imagen directa de un agujero negro. Era una imagen poderosa, pero no con muchos detalles. Parece una rosquilla naranja difusa. Para ser justos, la verdadera esencia del descubrimiento estaba en los datos, no en la imagen. Y como muestra un estudio reciente, hay mucho más en los datos de lo que hemos visto.

Una de las cosas importantes que hay que entender sobre la imagen EHT es que no muestra el brillo del agujero negro en sí. Los agujeros negros no emiten luz directamente. Y a diferencia de las imágenes menos detalladas de los agujeros negros supermasivos que tenemos, el brillo no se debe a los chorros de plasma oa un toroide de gas sobrecalentado alrededor del agujero negro. En cambio, la imagen muestra una luz de radio que ha sido enfocada por el agujero negro.

Imagen del agujero negro supermasivo en la galaxia M87. Crédito: Colaboración EHT

El agujero negro de M87 está bañado por la luz de los gases cercanos, incluida la luz de radio. Cuando un rayo de luz en particular pasa cerca del agujero negro, la deformación del espacio-tiempo hace que cambie ligeramente de dirección. Hemos observado la ligera desviación de la luz de cosas como estrellas y galaxias muchas veces, pero cerca de un agujero negro, la luz puede cambiar de dirección significativamente. Podría dar la vuelta para hacer un giro en ángulo recto, o incluso terminar regresando de la dirección de donde vino. Cuanto más cerca esté la trayectoria del agujero negro, más drástico será el cambio de dirección.

La luz pasa cerca del agujero negro en todo tipo de direcciones, pero desde nuestro punto de vista solo podemos ver la luz que está enfocada hacia nosotros. Deberíamos poder ver cualquier haz de luz que circule alrededor del agujero negro y se dirija hacia nosotros. Resulta que el agujero negro puede actuar como una lente muy poderosa. La luz puede pasar muy cerca del agujero negro y enfocarse directamente sobre nosotros. Entonces, lo que deberíamos ver es un círculo delgado de luz conocido como anillo de fotones. Parte de la línea será más brillante ya que la rotación del agujero negro también le da a la luz un pequeño impulso de energía. El tamaño del anillo depende de la masa del agujero negro y el brillo de la región más brillante depende de la rotación del agujero negro.

Cuando un agujero negro está rodeado de gas caliente, la gravedad puede enfocar la luz para crear una sombra del agujero negro. Crédito: Nicolle R. Fuller/NSF

Entonces, ¿por qué la imagen EHT no muestra el anillo de fotones? Desafortunadamente, el espacio entre nosotros y el agujero negro no está completamente vacío. Todavía hay una región circundante de gas frío, que la luz debe atravesar para llegar a nosotros. Parte de la luz se dispersa a lo largo del camino, haciendo que la imagen sea más borrosa de lo que nos gustaría. Aquí es donde entra el nuevo estudio.

El brillo difuso en la imagen EHT nos informa no solo sobre el agujero negro sino también sobre el gas difuso que lo rodea. El equipo notó que hay esencialmente dos imágenes en los datos de EHT. Uno es el del propio anillo de fotones y el otro es el resplandor borroso de la región circundante. Usando nuevos algoritmos de imágenes, el equipo pudo separar los dos, revelando el anillo de fotones del agujero negro.

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Es un gran ejemplo del poder de analizar datos de nuevas maneras. Las observaciones astronómicas modernas recopilan tantos datos que a menudo hay mucha más información de la que sospechamos. A medida que aprendemos a procesar datos de manera más eficiente, podemos revelar capas ocultas debajo de la superficie.

Referencia: Broderick, AE, et al. «El anillo de fotones en M87*.” El diario astrofísico 935.1 (2022): 61.

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