Un grupo de investigadores ha observado que los agujeros negros curvan la luz de vuelta hacia sí mismos. Es un hallazgo que se sospechaba desde hace tiempo, pero que no había podido ser confirmado hasta ahora, que permite comprender mejor cómo son los objetos más extremos del cosmos…

Los agujeros negros curvan la luz en sus discos

Los agujeros negros son de los objetos más extremos del universo. Su gravedad es tan grande que, si estamos lo suficientemente cerca de uno de ellos, ni siquiera la luz puede escapar. Esto se cumple más allá del horizonte de sucesos. Sin embargo, algo más lejos de esa región, sí es posible escapar de la atracción gravitacional que ejerce. De hecho, esto es lo que explica por qué se puede detectar su presencia de forma indirecta. A su alrededor, los agujeros negros tienen un disco de material.

Los agujeros negros curvan la luz de vuelta
Esta ilustración muestra el recorrido que describe parte de la luz de un disco de acreción. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)/R. Connors (Caltech)

De ese lugar sí es posible escapar. De hecho, parte del material de ese disco caerá hacia el agujero negro. Pero parte será acelerado (si se mueve en la trayectoria adecuada) y expulsado de su entorno. El resultado es una radiación que se puede detectar en el espectro de rayos X y que delata la presencia del agujero negro. Hasta aquí, no hay nada especialmente llamativo, ya que es la descripción normal de estos objetos y de cómo es posible descubrirlos, a pesar de que ellos mismos no emitan luz.

Lo intrigante es que, ahora, un grupo de investigadores ha publicado un estudio en el que apuntan a algo que se sospechaba desde hace décadas. No toda la luz que se emite en ese disco, alrededor de un agujero negro, escapa con facilidad. Parte de esa luz se ve arrastrada hacia el agujero negro, rebota en el disco y, esta vez sí, finalmente, escapa. El hallazgo confirma algo que se predecía ya en la década de 1970 pero que, hasta ahora, no había llegado a ser detectado. Nos recuerda que quedan muchas cosas por descubrir…

¿Qué le sucede a la luz en estos casos?

Los investigadores han observado que la luz, originada cerca del agujero negro, que intenta escapar del objeto, puede verse arrastrada de vuelta; como si se tratase de un bumerán. En esa segunda visita, lejos de ser capturada por el agujero negro, rebota en el disco y finalmente escapa. Las observaciones han sido posibles gracias a los datos archivados de la misión Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE), que dejó de funcionar en 2012. En concreto, gracias a un agujero negro que tiene a su alrededor una estrella similar al Sol.

La pareja recibe el nombre XTE J1550-564. El agujero negro le roba material a la estrella que tiene a su alrededor, y se acumula en el disco de acreción que lo rodea. Al analizarlo en la longitud de rayos X, los investigadores vieron que la luz, procedente del disco, había sido enviada de nuevo hacia el disco antes de ser reflejada. Los propios investigadores describen este fenómeno, por el que los agujeros negros curvan la luz en su disco, de una forma muy gráfica: el disco se ilumina a sí mismo. Eso sí, no sucede con toda la luz emitida.

Solo una pequeña parte de toda la luz producida en el disco de acreción pasa por este tortuoso camino. El resto de la luz escapa con mucha más facilidad. Pero, en cualquier caso, permite confirmar una predicción que los físicos teóricos venían haciendo desde hace ya unas cuántas décadas. El hallazgo es, a su vez, otra confirmación indirecta de la teoría de la relatividad de Albert Einstein (si es que hacía falta alguna más…). También podría ayudar a medir la rotación de los agujeros negros, algo que todavía no se ha entendido por completo.

Objetos muy estudiados… y todavía muy desconocidos

Los agujeros negros pueden rotar extremadamente rápido; no solo curvan la luz, también la retuercen. Los datos de este estudio podrían ayudar, a los físicos teóricos, a entender mejor cuál es la rotación de los agujeros negros. Es uno de los muchos aspectos que todavía no se han entendido sobre los objetos más extremos que podemos encontrar en el universo. Pero estudios como este, y los que vendrán en el futuro, ayudarán a conocer cada vez mejor sus características y particularidades.

Este es un concepto artístico de un agujero negro llamado Cygnus X-1. Se formó tras el colapso de una estrella gigante, y absorbe la materia de una estrella azul muy cercana. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Lo que, probablemente, parece más lejano, es poder confirmar algunas hipótesis más exóticas que se han planteado con el paso de los años. Ideas como que, por ejemplo, la singularidad de un agujero negro podría ser el lugar de nacimiento de un nuevo universo. Algo que podría explicar cómo podríamos tener un multiverso. O, pensando en otro objeto muy popular, pero no confirmado, su posible conexión en agujeros de gusano. En este último se ha planteado que un agujero negro, en un extremo, podría conectar con un agujero blanco en el otro.

Son solo dos ejemplos que sirven para ver que, en realidad, quedan muchísimas cosas por entender en el universo. Tarde o temprano, sin duda, se determinará esa velocidad de rotación de los agujeros negros. Pero, aun cuando eso suceda, seguirán quedando muchas otras preguntas en el tintero, como las ya mencionadas. Es una buena muestra de que la ciencia es una búsqueda incansable de respuestas. Porque, con cada respuesta que se obtiene, surgen multitud de nuevas preguntas con las que seguir investigando…

Estudio

El estudio es R. Connors, J. García, T. Dauser et al.; «Evidence for Returning Disk Radiation in the Black Hole X-Ray Binary XTE J1550–564». Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 27 de marzo de 2020. Puede ser consultado en la plataforma arXiv.

Referencias: Phys