Los científicos de la Universidad Goethe en Frankfurt y Event Horizon Telescope Collaboration utilizan datos que produjeron la primera imagen de un agujero negro para restringir sus propiedades fundamentales.

Los físicos teóricos de la Universidad Goethe en Frankfurt analizaron datos del agujero negro M87 * como parte de la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) para probar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Según las pruebas, el tamaño de la sombra de M87 * concuerda perfectamente con el de un agujero negro en la relatividad general, pero impone restricciones a las propiedades de los agujeros negros en otras teorías. En 2019, la colaboración EHT lanzó la primera imagen de un agujero negro ubicado en el centro de la galaxia M87.

Como señaló por primera vez el astrónomo alemán Karl Schwarzschild, los agujeros negros doblan el espacio-tiempo en un grado extremo debido a su extraordinaria concentración de masa y calientan la materia en su vecindad para que comience a brillar. El físico neozelandés Roy Kerr ha demostrado que la rotación puede cambiar el tamaño del agujero negro y la geometría de su entorno. El «borde» de un agujero negro se conoce como horizonte de sucesos, el borde alrededor de la concentración de masa más allá del cual la luz y la materia no pueden escapar y que hace que el agujero negro sea «negro». Los agujeros negros, predice la teoría, pueden describirse mediante un puñado de propiedades: masa, espín y una variedad de posibles cargas.

Todos estos agujeros negros proyectan sombras oscuras que se destacan entre sí en tamaño, pero solo aquellos que caen dentro de la banda gris son compatibles con las medidas EHT 2017 de M87 *, y en esta imagen, la que se muestra en rojo en la parte inferior es demasiado pequeño para ser un modelo viable para M87 *. Crédito: Prashant Kocherlakota, Luciano Rezzolla (Goethe University Frankfurt y EHT Collaboration / Fiks Film 2021)

Además de los agujeros negros predichos por la teoría general de la relatividad de Einstein, se pueden considerar los de los modelos inspirados en las teorías de cuerdas, que describen la materia y todas las partículas como modos de diminutas cuerdas vibrantes. Las teorías de agujeros negros inspiradas en cuerdas predicen la existencia de un campo adicional en la descripción de la física fundamental, que conduce a cambios observables en el tamaño de los agujeros negros, así como en la curvatura a su alrededor.

Los físicos Dr. Prashant Kocherlakota y el profesor Luciano Rezzolla del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe en Frankfurt, ahora han investigado por primera vez cómo las diferentes teorías se corresponden con los datos de observación del agujero negro M87 * en el centro de la galaxia Messier 87. La imagen de M87 *, tomada en 2019 por la colaboración internacional Event Horizon Telescope (EHT), fue la primera prueba experimental de la existencia real de agujeros negros tras la medición de ondas gravitacionales en 2015.

El resultado de esta investigación: Los datos de M87 * están en excelente acuerdo con las teorías basadas en Einstein y, en cierta medida, con las teorías basadas en las cuerdas. El Dr. Prashant Kocherlakota explica: “Con los datos registrados por la colaboración EHT, ahora podemos probar diferentes teorías de la física con imágenes de agujeros negros. Actualmente, no podemos rechazar estas teorías al describir el tamaño de la sombra de M87 *, pero nuestros cálculos limitan el rango de validez de estos modelos de agujeros negros. «

El profesor Luciano Rezzolla dice: “La idea de los agujeros negros para nosotros, los físicos teóricos, es tanto una fuente de preocupación como de inspiración. Si bien todavía luchamos con algunas de las consecuencias de los agujeros negros, como el horizonte de eventos o la singularidad, todavía parecemos ansiosos por encontrar nuevas soluciones de agujeros negros en otras teorías también. Por tanto, es muy importante obtener resultados como los nuestros, que determinen qué es plausible y qué no. Fue un primer paso importante y nuestras limitaciones mejorarán a medida que se realicen nuevas observaciones.

Como parte de la colaboración del Event Horizon Telescope, los telescopios de todo el mundo están interconectados para formar un telescopio gigante virtual con una parábola tan grande como la Tierra misma. Con la precisión de este telescopio, se podría leer un periódico de Nueva York en un café callejero de Berlín.

Referencia: “Restricciones sobre las cargas de los agujeros negros con las observaciones EHT 2017 de M87 *” por Prashant Kocherlakota et al. (Colaboración EHT), 20 de mayo de 2021, Examen físico D.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.104047