Así se refleja el Universo en un agujero negro

Un estudiante danés consigue explicar matemáticamente por qué podemos observar múltiples versiones de un mismo objeto cerca de un agujero negro

Un disco de gas brillante se arremolina en el agujero negro 'Gargantua' de la película Interstellar. Debido a que el espacio se curva alrededor del agujero negro, es posible mirar alrededor de su lado más alejado y ver la parte del disco de gas que de otro modo estaría oculta por el agujero Interstellar.wiki/CC BY-NC License

José Manuel Nieves

14/07/2021 a las 00:50h.

Cerca de un agujero negro, el espacio está tan deformado por la gravedad que incluso los rayos de luz pueden curvarse a su alrededor varias veces. Un fenómeno que permite que los astrónomos puedan observar múltiples versiones de un mismo objeto. Sin embargo, y a ... pesar que esto se sabe desde hace décadas, no se dispone de una expresión matemática exacta que describa el fenómeno. Hasta ahora. Albert Sneppen, estudiante del Instituto Niels Bohr, en efecto, ha conseguido resolver la cuestión. Sus resultados se acaban de publicar en 'Scientific Reports'.

Como sabemos muy bien, los agujeros negros son poderosos objetos gravitatorios de los que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Y también sabemos que en las proximidades de un agujero negro, tanto el espacio como el tiempo se distorsionan, se deforman y se comportan de manera extraña.

Figura 1: La luz de una galaxia de fondo rodea un agujero negro un número cada vez mayor de veces, cuanto más se acerca al agujero y, por lo tanto, vemos la misma galaxia en varias direcciones Peter Laursen

El mecanismo se muestra sobre estas líneas, en la figura 1: Una galaxia distante brilla en todas las direcciones. Parte de su luz se acerca al agujero negro y se desvía ligeramente; otra parte se acerca aún más y rodea el agujero antes de escapar de él y seguir su ruta hacia nosotros, y así sucesivamente. De este modo, mirando cerca del agujero negro, podremos ver más y más versiones de la misma galaxia a medida que observamos más y más cerca del borde del agujero.

La explicación a este fenómeno es fácil de comprender. Al girar alrededor del agujero negro, el tiempo de viaje de la luz aumenta, por lo que cuantas más veces la luz tenga que rodearlo, más se 'retrasarán' las imágenes. Si, por ejemplo, una estrella explota como una supernova en una galaxia de fondo, podríamos ver esa explosión una y otra vez.

Ahora bien, ¿cuánto más cerca del agujero negro hay que mirar a partir de una imagen para poder ver la siguiente? La respuesta es unas 500 veces más cerca, pero calcularlo resulta tan complicado que no se había conseguido desarrollar un modelo matemático que explicara exactamente por qué la imagen se repite precisamente según ese factor. Hasta que el estudiante Albert Sneppen lo consiguió, utilizando para ello una serie de ingeniosos trucos matemáticos.

"Hay algo fantásticamente hermoso en comprender por fin por qué las imágenes se repiten de una manera tan elegante -explica Sneppen-. Además de eso, brinda nuevas oportunidades para poner a prueba nuestra comprensión de la gravedad y los agujeros negros". El 'factor 500', en efecto, se deriva directamente de cómo funcionan los agujeros negros y la gravedad, por lo que las repeticiones de las imágenes se convierten ahora en una nueva forma de examinar y poner a prueba la gravedad.

Agujeros negros giratorios

El método de Sneppen, además, puede generalizarse y ser aplicado no solo a los agujeros negros estáticos, sino también a los que giran. Lo cual, por cierto, hacen casi todos.

"Resulta que cuando gira muy rápido, ya no tienes que acercarte al agujero negro en un factor de 500, sino mucho menos -explica Sneppen-. De hecho, cada imagen está en esos casos solo 50, o 5, o incluso 2 veces más cerca del borde del agujero negro".

Figura 2: Así es cómo observaríamos el fenómeno desde la Tierra. Las imágenes adicionales de la galaxia se vuelven cada vez más comprimidas y distorsionadas, cuanto más de cerca miramos del agujero negro Peter Laursen

Tener que mirar 500 veces más cerca del agujero negro para cada nueva imagen, significa que las propias imágenes se "comprimen" rápidamente en una imagen anular, como puede verse en la figura 2.

En la práctica, la mayoría de las imágenes serán difíciles de observar. Pero cuando los agujeros negros giran, hay más espacio para las imágenes 'extra', por lo que podemos esperar confirmar la teoría observacionalmente en un futuro no muy lejano. De esta manera, podemos aprender no solo sobre los agujeros negros, sino también sobre las galaxias que hay detrás de ellos.