¿Qué sucede después de fotografiar el horizonte de sucesos de un agujero negro? ¿Podemos ver anillos de fotones?

En 2019, el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) nos proporcionó la primera imagen directa de un agujero negro. Por un lado, las imágenes que produce son bastante anodinas. Es sólo una mancha circular de luz que rodea un área central oscura. Por otro lado, las características sutiles de la imagen contienen una gran cantidad de información sobre el tamaño y la rotación del agujero negro.

Los agujeros negros por sí solos no emiten luz. Cualquier luz que pase por su horizonte de sucesos es capturada para siempre. El halo que vemos en la imagen EHT de M87* es causado por el resplandor de fondo del gas y el polvo que rodean el agujero negro. Parte de la luz se acerca mucho al agujero negro y se dirige gravitacionalmente hacia nosotros. La luz puede atravesar un agujero negro hasta nuestro límite más cercano, que se llama anillo de fotones.

Si pudiéramos observar perfectamente un agujero negro, el anillo de fotones sería una línea fina y brillante. Parte de la luz del anillo de fotones se dispersa antes de llegar a nosotros, lo que, combinado con las limitaciones de resolución del EHT, produce las imágenes borrosas que vemos. Pero el EHT de próxima generación tendrá una resolución más alta y podrá capturar imágenes en menos tiempo. Esto proporcionaría una imagen detallada no sólo de M87*, sino también del agujero negro supermasivo de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Una cosa que ngEHT puede revelar es la luz de lente multicapa. La mayor parte de la luz que vemos alrededor de un agujero negro es luz de un anillo de fotones. Es decir, la fuerte luz de la lente que devora un agujero negro. Pero algo de luz hará un bucle completo alrededor del agujero negro antes de que avancemos, mientras que cantidades más pequeñas formarán múltiples bucles. Cada tipo de trayectoria de fotones crea una capa de halo diferente alrededor del agujero negro. Si pudiéramos separar estas capas, podríamos comprender mejor la naturaleza de la gravedad cerca de un agujero negro.

Además, como muestra un artículo reciente sobre arXiv, ngEHT también puede ayudarnos a detectar el propio horizonte de sucesos del agujero negro. El área central oscura de la imagen M87* no es el área del horizonte. Esta es sólo la sombra del agujero negro causada por el anillo de fotones. Pero en el área central debería haber sombras interiores. La sombra del horizonte de sucesos. Como han demostrado trabajos recientes, esta sombra interior no será un simple círculo. Su forma depende del tamaño y la rotación del agujero negro.

El campo gravitacional cerca de un agujero negro es tan fuerte que distorsiona no solo el brillo del anillo de fotones, sino también la sombra del horizonte de sucesos. Entonces, si bien el horizonte de sucesos es verdaderamente esférico, nuestra visión del horizonte de sucesos puede verse distorsionada por la gravedad del agujero negro. En este último trabajo, el equipo muestra cómo podemos observar anillos de fotones y sombras internas simultáneamente. Al compararlos, aprenderemos más sobre la dinámica de los agujeros negros, incluida cómo capturan la luz y la materia.

Con el tiempo, es posible que eventualmente podamos ver la sombra de la gravedad misma.