Los científicos proponen un método para probar la teoría general de la relatividad de Einstein analizando imágenes de alta resolución de las sombras de los agujeros negros. Sus nuevas simulaciones sugieren que los avances futuros en telescopios podrían revelar si las teorías alternativas de la gravedad son ciertas. El trabajo, liderado por investigadores de la Universidad Goethe de Frankfurt y el Instituto Tsung-Dao Lee, aparece en Nature Astronomy.
Los agujeros negros, descritos como glotones cósmicos que consumen todo, incluida la luz, han sido fotografiados por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), capturando agujeros negros supermasivos en la galaxia M87 y la Vía Láctea. Estas imágenes no muestran los agujeros negros en sí, sino la materia caliente en sus alrededores. «Lo que se ve en estas imágenes no es el agujero negro en sí, sino la materia caliente en su vecindad inmediata», explica el profesor Luciano Rezzolla de la Universidad Goethe de Frankfurt, cuyo equipo contribuyó al descubrimiento. Mientras la materia rota fuera del horizonte de sucesos antes de ser atraída, emite señales de luz detectables.
La teoría general de la relatividad de Einstein, fundamental durante más de un siglo, predice los agujeros negros y sus horizontes de sucesos, más allá de los cuales nada escapa. Sin embargo, otras teorías hipotéticas también predicen agujeros negros, pero pueden requerir propiedades específicas de la materia o violar leyes físicas conocidas. «Sin embargo, también hay otras teorías, aún hipotéticas, que predicen igualmente la existencia de agujeros negros», señala Rezzolla.
En un estudio publicado en Nature Astronomy, Rezzolla y colegas del Instituto Tsung-Dao Lee en Shanghái delinean un marco para probar estas alternativas usando imágenes de las sombras de los agujeros negros. Esto requiere imágenes de alta resolución para medir con precisión los radios de las sombras y modelos teóricos de desviaciones de las predicciones de Einstein. El equipo utilizó simulaciones tridimensionales para modelar la materia y los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, generando imágenes sintéticas de plasma brillante.
«La pregunta central era: ¿En qué medida difieren las imágenes de los agujeros negros en varias teorías?», dice el autor principal Akhil Uniyal del Instituto Tsung-Dao Lee. Identificaron patrones que las imágenes más nítidas futuras podrían distinguir, aunque la resolución actual del EHT es insuficiente. Se desarrolló una descripción universal de los agujeros negros para abarcar varios marcos.
Hasta ahora, las observaciones coinciden con la teoría de Einstein, descartando singularidades desnudas y agujeros de gusano en los agujeros negros de M87 y la Vía Láctea. «Una de las contribuciones más importantes de la colaboración EHT a la astrofísica es convertir los agujeros negros en objetos probables», enfatiza Rezzolla. «Incluso la teoría establecida debe ser probada continuamente, especialmente con objetos extremos como los agujeros negros».
El EHT, que combina telescopios de radio globales para actuar como un instrumento del tamaño de la Tierra, planea expansiones que incluyen un telescopio espacial para una mejor resolución —potencialmente por debajo de una millonésima de arco segundo— para permitir pruebas definitivas.