Un estudio demuestra que los agujeros negros tienen una “región de caída”, tal como predijo Einstein

Valeria Ordóñez Ghio

(CNN) — Albert Einstein tenía razón: hay un área en el borde de los agujeros negros donde la materia ya no puede permanecer en órbita y cae, como predijo su teoría de la gravedad.

Utilizando telescopios capaces de detectar rayos X, un equipo de astrónomos ha observado por primera vez esta zona (llamada “región de inmersión”) en un agujero negro a unos 10.000 años luz de la Tierra. “Hemos estado ignorando esta región porque no teníamos los datos”, dijo el científico investigador Andrew Mummery, autor principal del estudio publicado el jueves en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Pero ahora que lo sabemos, no podríamos explicarlo de otra manera”.

No es la primera vez que los agujeros negros ayudan a confirmar la gran teoría de Einstein, también conocida como relatividad general. La primera fotografía de un agujero negro, capturada en 2019, había reforzado previamente la suposición central del físico revolucionario de que la gravedad es solo materia que dobla la estructura del espacio-tiempo.

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Muchas de las otras predicciones de Einstein han resultado correctas a lo largo de los años, entre ellas las ondas gravitacionales y el límite de velocidad universal. “Es difícil apostar contra él en este momento”, dijo Mummery, miembro de Leverhulme-Peierls en el departamento de física de la Universidad de Oxford en el Reino Unido.

“Salimos a buscar este específicamente; ese fue siempre el plan. Hemos discutido durante mucho tiempo sobre si algún día podríamos encontrarlo”, dijo Mummery. “La gente decía que sería imposible, por lo que confirmar que existe es realmente emocionante”.

En una ilustración artística, un agujero negro extrae material de una estrella compañera, formando un disco que gira alrededor del agujero negro antes de caer en él. (NASA/CXC/M. Weiss)

“Como el borde de una cascada”

El agujero negro observado se encuentra en un sistema llamado MAXI J1820+070, que está formado por una estrella más pequeña que el sol y el propio agujero negro, estimado en 7 a 8 masas solares. Los astrónomos utilizaron los telescopios espaciales NuSTAR y NICER de la NASA para recopilar datos y comprender cómo el gas caliente, llamado plasma, de la estrella es absorbido por el agujero negro.

NuSTAR es la abreviatura de Nuclear Spectroscopic Telescope Array, que orbita la Tierra, y NICER, formalmente conocido como Explorador de composición interior de estrellas de neutrones, está ubicado en la Estación Espacial Internacional.

El telescopio espacial NuSTAR de la NASA, visto aquí en un concepto artístico, se utilizó por primera vez para detectar la “región de inmersión” alrededor de un agujero negro. (NASA/JPL-Caltech)

“Alrededor de estos agujeros negros hay grandes discos de material en órbita (procedente de estrellas cercanas)”, dijo Mummery. “La mayor parte es estable, lo que significa que puede fluir felizmente. Es como un río, mientras que la región que se hunde es como el borde de una cascada: todo tu soporte se ha ido y simplemente te estás estrellando de cabeza. La mayor parte de lo que se puede ver es el río, pero hay una pequeña región al final, que es básicamente lo que encontramos”, añadió, señalando que si bien el “río” había sido ampliamente observado, esta es la primera evidencia del río como una “cascada.”

A diferencia del horizonte de sucesos, que está más cerca del centro del agujero negro y no deja escapar nada, ni siquiera la luz y la radiación, en la “región de inmersión” la luz todavía puede escapar, pero la materia está condenada a la poderosa atracción gravitacional, explica Mummery.

Los hallazgos del estudio podrían ayudar a los astrónomos a comprender mejor la formación y evolución de los agujeros negros. “Realmente podemos aprender sobre ellos estudiando esta región, porque está justo en el borde, por lo que nos brinda la mayor información”, dijo Mummery.

Una cosa que falta en el estudio es una imagen real del agujero negro, porque es demasiado pequeño y está muy lejos. Pero otro equipo de investigadores de Oxford está trabajando en algo incluso mejor que una imagen: la primera película de un agujero negro. Para lograrlo, el equipo primero necesitará construir un nuevo observatorio, el Telescopio Milimétrico de África en Namibia, que Mummery espera que esté en funcionamiento dentro de una década. El telescopio, que se unirá a la colaboración internacional Event Horizon Telescope que capturó la innovadora imagen del agujero negro en 2019, permitirá a los científicos observar y filmar grandes agujeros negros en el centro de la Vía Láctea y más allá.

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Un vínculo al pasado

Según Christopher Reynolds, profesor de astronomía en la Universidad de Maryland, College Park, encontrar evidencia real de la “región de inmersión” es un paso importante que permitirá a los científicos refinar significativamente los modelos de cómo se comporta la materia alrededor de un agujero negro. “Por ejemplo, se puede utilizar para medir la velocidad de rotación de un agujero negro”, dijo Reynolds, que no participó en el estudio.

Dan Wilkins, científico investigador de la Universidad de Stanford en California, lo considera un avance apasionante y señala que en 2018 se produjo un estallido de luz enormemente brillante procedente de uno de los agujeros negros de nuestra galaxia, junto con un exceso de rayos X de alta energía.

“Habíamos planteado en ese momento la hipótesis de que este exceso se debía al material caliente en la ‘región de inmersión’, pero no teníamos una predicción teórica completa de cómo sería esa emisión”, dijo Wilkins, quien tampoco participó en el estudio.

Este estudio en realidad realiza ese cálculo, añadió, utilizando la teoría de la gravedad de Einstein para predecir cómo se verían los rayos X emitidos por el material en la “región de inmersión” alrededor de un agujero negro, y lo compara con los datos de ese brillante estallido en 2018.

“Este será el principal descubrimiento espacial durante la próxima década”, dijo Wilkins, “mientras miramos hacia la próxima generación de telescopios de rayos X que nos brindarán mediciones más detalladas de las regiones más internas justo fuera de los horizontes de sucesos de los agujeros negros”.

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