gov-civil-vilareal.pt¿Cómo se ve un agujero negro de cerca?
>¿Cómo se vería un agujero negro si estuvieras cerca de él?
Hay varias formas de responder a esta pregunta. Una forma es: nada. Es negro, por lo que no se parecerá a nada.
Esto puede resultar insatisfactorio.
Otra forma es: no importa, porque en unos pocos milisegundos estarás muerto de todos modos.
Eso es un poco oscuro y, aunque cierto, también insatisfactorio.
Sin embargo, si eres científico, la respuesta es más complicada. No tenemos que acercarnos a un agujero negro para descubrir cómo se ve, por lo que no es necesario desafiar nuestra propia desaparición. Y si postulamos que el agujero negro está comiendo activamente, digamos, una gran nube de gas, entonces podemos averiguar cómo se ve.
Necesita muchas matemáticas y física, incluida la física relativista, la física de transferencia radiativa (básicamente, cómo brillan las cosas) y una buena computadora para ejecutar los cálculos feroces, pero lo que obtiene es algo tan genial que hace que el cerebro y ... la física que tuerce el espacio-tiempo vale la pena.
Porque se ve así:
Un punto: mucha gente se confunde al ver ninguna luz de un agujero negro. La luz no puede escapar de un agujero negro si se acerca demasiado, dentro del horizonte de eventos (o la esfera de fotones, según las circunstancias). Pero fuera de esa distancia, la luz puede viajar libremente ... pero no sin pagar un precio. Averigüemos cuál es ese peaje.
Una versión anotada de una simulación de un agujero negro explica las diversas partes de este extraño objeto. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman
De vuelta a la simulación, y aún moviéndose hacia afuera, justo afuera de esa esfera de fotones hay un anillo estrecho de luz, llamado anillo de fotones. Esta es la luz del disco de acreción, donde permanecen los fotones que se dirigieron hacia el agujero negro. sólo fuera del límite de la esfera de fotones, por lo que orbitan el agujero negro unas cuantas veces antes de volver a salir. Hay una brecha a su alrededor porque los fotones que permanecen bien fuera de la esfera de fotones simplemente continúan su camino se dobla severamente por la gravedad del agujero negro, pero no lo suficiente como para dirigirse hacia nosotros. Entonces no vemos luz de esa región.
Fuera de la esfera de fotones vemos la luz del propio disco de acreción ... pero es un desastre. Recuerde, es un disco plano alrededor del agujero negro, como los anillos de Saturno. Pero vemos el disco por la luz que emite, y el agujero negro lo está divirtiendo.
La trayectoria de la luz alrededor de un agujero negro se distorsiona gravemente por la gravedad. En este diagrama, la Tierra está a la derecha y la luz del material detrás del agujero negro se dobla hacia nosotros, dejando un agujero donde está el agujero negro. Crédito: Nicolle R. Fuller / NSF
Frente al agujero negro, el disco parece relativamente (¡ja!) Normal. Esa luz va del disco a nosotros, directamente del pozo de gravedad del agujero negro, por lo que no está tan distorsionada. Sin embargo, si lo sigue hacia la derecha, de repente se dobla hacia arriba, formando un arco sobre el agujero negro. ¡Esa es la parte trasera del disco! Normalmente no lo verías, ya que está detrás del agujero negro. Pero parte de la luz de esa parte del disco se alrededor y sobre el agujero negro, doblado por la feroz gravedad en una dirección hacia nosotros, permitiéndonos verlo.
Esa luz en el arco sobre el agujero negro proviene de la parte superior del disco de acreción. Luz del envés también rodea el agujero negro, pero se dobla alrededor del fondo del agujero negro, por lo que también vemos esa parte del disco debajo del agujero negro. Parece un círculo más pequeño que el superior, pero este tamaño y geometría depende del ángulo desde el que se mira. La forma de estos dos arcos depende del ángulo de visión, porque la forma en que la luz se dobla alrededor del agujero negro cambia la forma en que lo vemos a medida que nos movemos hacia arriba o hacia abajo en relación con el propio disco. Puede ver que eso sucede en el video a medida que cambia el ángulo de visión.
Hay una cosa más a tener en cuenta. En esta simulación, el gas en el disco de acreción orbita el agujero negro de izquierda a derecha. ¡Eso es importante! ¿Puedes ver cómo el disco de la izquierda se ve más brillante que el de la derecha? Ese es un efecto real, llamado radiante relativista. He escrito sobre eso antes :
Hay un efecto llamado radiante relativista , causado por el movimiento increíblemente rápido del material mientras orbita justo fuera del agujero negro. Si sostienes una bombilla frente a ti, la luz se expande en una esfera, en todas las direcciones, pero si esa bombilla se mueve cerca de la velocidad de la luz, la luz que vemos emitida parece ser un rayo, como una linterna. , apuntado en la dirección en la que se mueve. Este efecto extraño significa que un objeto que se dirige hacia usted a una velocidad cercana a la de la luz parece más brillante, porque una mayor parte de su luz se enfoca hacia usted, y algo que se aleja parece más oscuro, porque su luz se enfoca lejos de usted.
Barbie en un cuento de sirenas 2
El gas de la izquierda se dirige hacia usted, por lo que parte de su luz que de otro modo no lo haría se transmite hacia usted, lo que lo hace lucir más brillante. El gas de la izquierda se está alejando de usted, por lo que su luz se emite aún más lejos de usted, atenuándolo.
Si todo esto le suena familiar, es posible que se deba a que está pensando en la primera imagen de una esfera de fotones de un agujero negro - en este caso, el que está en el centro de la galaxia M 87, a 55 millones de años luz de distancia, tomado por el Event Horizon Telescope, un conjunto de radiotelescopios en todo el planeta.
La primera imagen de la 'sombra' de un agujero negro supermasivo. Esto muestra la región alrededor de un agujero negro con una masa 6.5 mil millones de veces la del Sol, ubicado a 55 millones de años luz de la Tierra en el núcleo de la galaxia M87. Crédito: NSF
Difusa, ¡pero muestra las mismas características! Estén atentos también, porque pronto veremos más imágenes y más claras de estos objetos.
Así que creo que en este punto está bien tomarse un momento y pensar: Los agujeros negros son raros.
Pero bueno, esa es la naturaleza. El Universo no tiene la obligación de obedecer nuestro sentido común, por poco común y absurdo que sea. Pero cuando te tomas el tiempo para mirar realmente el Universo, obsérvalo, encuentra los patrones, la matemática detrás de esos patrones y la física que implican las matemáticas, esa matemática demandas - entonces incluso las cosas más extrañas del Universo se vuelven comprensibles.
Es un pensamiento agradable, quizás incluso reconfortante, en los últimos milisegundos antes de dejar el Universo para siempre. ¡Buen viaje!
