Juan M.Gienini

Simulación de dos agujeros negros orbitándose mutuamente

Fecha: 21 de abril de 2021
Fuentes: Watch the doubly warped view of two monster black holes orbiting each other
Autor: Phil Plait
traducido por: gienini

En su mayoría, los agujeros negros supermasivos yacen en el centro de grandes galaxias, con millones o miles de millones de veces la masa de nuestro Sol y se alimentan de estrellas, gas, polvo, planetas o cualquier material que se acerque a ellos. Es raro encontrar un par de agujeros negros supermasivos, aunque se han visto algunos (o deducido su presencia) y deberían de haber sido más comunes cuando el Universo era más joven. El Centro Goddard de la NASA realizó la siguiente simulación de un par de agujeros negros supermasivos con discos de acreción.

Esto no es solo CGI, es una simulación resolviendo las ecuaciones de la Teoría de la Relatividad. Esta teoría predice como la luz se comporta en presencia de la gravedad. Resolver una simulación para un solo agujero negro es difícil y para dos, mucho más. En esta simulación, un agujero negro de 200 millones de masas solares (con el anillo naranja/rojo) y otro de 100 millones de masas solares (anillo azul) se orbitan mutuamente. Ambos se alimentan activamente del material que cae sobre ellos. Ese material forma un anillo plano alrededor de cada uno de ellos llamado disco de acreción.

Recordemos: 1) los agujeros negros tienen una gravedad intensa, 2) la gravedad deforma el espacio, y 3) la luz seguirá esa distorsión al moverse a través de ese espacio.
Los discos y sus giros presentan algunas similitudes a los anillos alrededor de Saturno. Pero mientras que los anillos del otro lado del planeta son ocultados por este, los agujeros negros deforman el espacio tan intensamente que la luz del disco de acreción en el otro lado toma un camino curvo por alrededor del agujero negro. Por ello puede verse por encima de este (como si llevara un sombrero) la parte superior del disco del otro lado del agujero negro. Igualmente, la luz proveniente de la parte inferior del disco también se dobla y se ve por debajo del agujero negro.
También hay anillos estrechos de luz, que provienen de las diversas y extrañas formas en que los fotones pueden orbitar un agujero negro antes de caer.

Varias imágenes de los agujeros negros se entrecruzan (flechas) a medida que los caminos que toma la luz siguen la intensa deformación del espacio. Agregar en una simulación un segundo agujero negro introduce muchos efectos extraños. La luz del disco de un agujero negro no solo se distorsiona por su gravedad, sino que también es distorsionada por la del otro agujero negro. Cuando ambos están casi alineados con nuestra visual, el camino de la luz es un juego cósmico de caminos distorsionados, como entre laberintos de espejos, los rayos se curvan y terminan llegando al observador desde una dirección inesperada.
El anterior video comienza con una vista de frente, mirando hacia abajo a la pareja con una distorsión mínima. Al cruzarse y cambiar de ángulo la luz del agujero negro de menor masa se distorsiona por el más grande, y viceversa. No solo esa imagen se distorsionará, sino que también aparecen varias imágenes del agujero negro. A medida que el disco emite luz alrededor de un agujero negro, una parte pasará por encima del segundo y otra por debajo, por lo que vemos dos imágenes del mismo. La luz del gran agujero negro se dobla alrededor del más pequeño, y vemos una imagen del más grande cerca del segundo y viceversa.

Otro efecto sutil aparece al orbitar. Mientras uno de los agujeros negros se acerca parece retroceder. A medida que se dirige hacia el observador, su tamaño parece encogerse y luego, a medida que retrocede parece agrandarse -paradójicamente-. Jeremy Schnittman, el astrofísico de la NASA (que trabajó junto con Brian P. Powell en esta simulación) explicó este efecto como una "aberración relativista" con un símil “de automóviles”. Cuando miras por el parabrisas delantero caer la lluvia, parece que esta está inclinada hacia ti, como si no cayera directamente hacia abajo. Esto se debe a que la velocidad del automóvil hacia adelante y la velocidad de la lluvia hacia abajo se suman como vectores, lo que hace que parezca que la lluvia cae en ángulo hacia ti. Cuanto más rápido se mueve el automóvil, más se inclina ese ángulo hacia la horizontal. La luz que vemos de un objeto en movimiento parece provenir de un ángulo ligeramente diferente, y cuanto más rápido se mueve el objeto, más se inclina la luz. Este efecto se amplifica en el video porque los agujeros negros se orbitan entre sí con extrema rapidez. La relatividad comienza a jugar un papel mayor, que tiende a enfocar la luz en la dirección en la que viaja el objeto. Parece provenir de un poco más cerca del agujero negro, lo que tiene el efecto de hacer que el agujero negro parezca encogerse. Cuando el agujero negro se aleja, ocurre el efecto contrario: la luz parece provenir de un poco más lejos del agujero negro, por lo que todo parece más grande. Es sutil, y muestra como suceden cosas sorprendentes cerca de dos agujeros negros que orbitan uno alrededor del otro a casi la velocidad de la luz.