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La sombra del agujero negro hace que la teoría de Einstein sea 500 veces más difícil de superar

La sombra del agujero infeliz hace que la teoría de Einstein sea 500 veces más difícil de exceder
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José Manuel NievesJosé Manuel Nieves

La teoría de la relatividad caudillo de Einstein, según la cual la materia es capaz de deformar el espacio-tiempo, lleva más de un siglo resistiendo a todo tipo de test y escrutinios por parte de los científicos. Ahora, y por primera vez, un equipo de investigadores del Event Horizon Telescope, (EHT, Telescopio del Horizonte de Eventos) ha vuelto a desafiar la teoría observando cómo se comporta en uno de los entornos más extremos y desafiantes del Universo, el borde de un agujero infeliz supermasivo. Y, para su sorpresa, la teoría de Einstein no solo volvió a sostener, sino que salió extraordinariamente reforzada.

Para su investigación, los físicos usaron la primera e histórica imagen conseguida el año pasado por el propio EHT de la sombra del agujero infeliz supermasivo M87*, en el centro de la galaxia Messier 87, a 55 millones de primaveras luz de la Tierra. El trabajo se acaba de divulgar en Physical Review Letters.

Sin incautación, y a pesar de sus éxitos constantes, la robusta teoría de la pesadez de Einstein sigue siendo irreconciliable con la mecánica cuántica, la otra gran e igualmente exitosa teoría de nuestro tiempo, que explica al detalle el mundo subatómico. Y eso es un dificultoso problema. Los científicos, en objetivo, buscan una gran teoría, hoy por hoy inexistente, capaz de cubrir tanto la pesadez como la mecánica cuántica. Por eso es importante aguantar hasta el periferia la relatividad caudillo.

¿Qué nos dice la sombra de M87*?

Si es cierto que una imagen vale más que mil palabras, ¿qué puede decirnos entonces la imagen de M87*? Basándose en un pormenorizado investigación de la sombra, los investigadores consiguieron aguantar a extremo un test único de la teoría de Einstein, profundizando en las inusuales propiedades de los agujeros negros y descartando alternativas que hasta ahora parecían correctas. La investigación fue dirigida por Dimitros Psaltis, Feryal Özel y Pierre Christian, de la Universidad de Arizona, y Lia Medeiros, del Instituto de Estudios Avanzados (IAS).

«Esperamos que una teoría completa de la pesadez sea diferente de la relatividad caudillo -explica Psaltis-, pero hay muchas formas de modificarla. Descubrimos que cualquiera que sea la teoría correcta, no puede ser significativamente distinta de la relatividad caudillo cuando se comercio de agujeros negros. Lo que sí hicimos fue resumir mucho el espacio para posibles modificaciones».

Curvando el espacio-tiempo

La enorme pesadez de un agujero infeliz es capaz de curvar el espacio-tiempo, actúa como una lupa y hace que la sombra del agujero infeliz parezca más extenso. Al calcular esa distorsión visual, los investigadores hallaron que el tamaño de la sombra de M87* corrobora punto por punto las predicciones de la relatividad caudillo. Una prueba de pesadez en el borde mismo de un agujero infeliz es poco nuevo para la Física, y el resultado ha servido para corroborar, una vez más, que la teoría de Einstein permanece intacta incluso en las condiciones más extremas.

La sombre de un agujero infeliz es muy diferente de las sombras que podemos ver en nuestra vida cotidiana. Un objeto físico, en objetivo, proyecta una sombra al evitar que la luz pase a través de él, pero un agujero infeliz crea el objetivo de una sombra al desviar la luz en dirección a sí mismo. Si acertadamente la luz no puede escapar del interior de un agujero infeliz, sí que es posible, si tiene la trayectoria adecuada, que consiga escapar de la región que rodea el horizonte de sucesos, el periferia foráneo del agujero infeliz. El resultado es una turbia «tierra de nadie» más allá del punto sin retorno, poco que a un observador foráneo le parece una sombra.

La relatividad caudillo vuelve a superar

Hasta ahora, la relatividad caudillo ha sido puesta a prueba en una amplia variedad de escenarios cósmicos. Durante el decliver solar de 1919, por ejemplo, se observó la primera evidencia de relatividad caudillo basada en el desplazamiento de la luz de las estrellas viajando a lo dilatado de la curvatura del espacio-tiempo causada por la pesadez del Sol.

Más recientemente, se han realizado pruebas para sondear la pesadez fuera del Sistema Solar, incluso a escalera cosmológica. Uno de los ejemplos más recientes fue la detección de ondas gravitacionales en 2017, cuya existencia estaba predicha por la teoría. Las ondas gravitacionales se propagan a través del tejido del espacio-tiempo como las ondas de agua en un estanque cuando lanzamos una piedra.

Un parámetro inexplorado

El nuevo trabajo de los investigadores del EHT, sin incautación, se centra en una serie de parámetros previamente inexplorados en los diferentes estudios sobre agujeros negros. Y encima de proporcionar una prueba totalmente nueva para todas las formulaciones alternativas de la pesadez, todavía conecta lo hallado en la imagen del agujero infeliz con otros experimentos gravitacionales.

El agujero infeliz estudiado por los físicos del EHT es casi 7.000 millones de veces más masivo que el Sol. En claro contraste, los detectores de ondas gravitacionales estudian colisiones de agujeros negros de masa crucial que van desde cinco a algunas decenas de masas solares. Esas perspectivas tan diversas resultan esenciales para la comprensión de la verdadera naturaleza de los agujeros negros.

La forma casi circular de la sombra del agujero infeliz, todavía puede confirmar la teoría de que agujeros negros que tengan la misma masa, rotación y carga eléctrica son indistinguibles, igual que un electrón no se puede distinguir de otro electrón. Si se detectaran irregularidades geométricas, podría significar que los agujeros negros tienen propiedades adicionales, más allá de la masa, el rotación y la carga eléctrica.

Nuevos desafíos a Einstein

Tras la prueba llevada a extremo por los investigadores, pues, la teoría de Einstein no solo se ha confirmado otra vez, sino que se ha vuelto cientos de veces más difícil de exceder. En palabras de Feryal Özel, «siempre decimos que la relatividad caudillo pasa todas las pruebas con gran éxito… ojalá tuviera un céntimo por cada vez que escuche eso. Pero es cierto, cuando haces las pruebas, no ves que los resultados se desvíen de los predichos por la relatividad caudillo. Lo que nosotros decimos es que, si acertadamente todo eso es correcto, por primera vez tenemos un indicador diferente con el que podemos hacer pruebas que son 500 veces mejores, y ese indicador es el tamaño de la sombra de un agujero infeliz».

Ahora, el equipo del EHT paciencia a tener las imágenes de más calidad que serán capturadas tras añadirse nuevos telescopios a la red flagrante. El EHT, en objetivo, es un telescopio «posible» que tiene casi el tamaño de la Tierra y que está formado por distintos telescopios sincronizados en varios continentes. «Cuando consigamos una imagen del agujero infeliz central de nuestra propia galaxia —concluye Ozel— podremos recortar aún más las desviaciones de la relatividad caudillo».

¿Seguirá Einstein teniendo razón cuando lo hagan?

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