¿Observaciones directas de un agujero negro?

¡Buena pregunta! Como habrás adivinado, nada puede escapar de un agujero negro, por lo que es imposible verlo directamente. (La teoría del campo cuántico predice que los agujeros negros emiten una cantidad extremadamente pequeña de radiación térmica, pero es tan pequeña que no podemos detectarla desde la Tierra).

Los científicos asumen que los agujeros negros existen basándose principalmente en las predicciones de la relatividad general. En particular, la relatividad general nos dice que si una cantidad de masa$M$está contenido en un volumen esférico de radio$r_s = \frac{2GM}{c^2}$, el espacio se deformará tan drásticamente que todos los caminos posibles dentro de esa esfera conducirán hacia el interior, hacia el punto central. La superficie de esa esfera es el horizonte de eventos, el límite del agujero negro. Ahora, quizás se pregunte cómo podemos estar tan seguros de que la relatividad general funciona para campos gravitatorios tan fuertes y, por lo tanto, que existen horizontes de eventos. Bueno, no podemos confirmar esto directamente , pero GR funciona para todo lo demás con lo que lo hemos probado, por lo que realmente no hay razón para dudar de la predicción de los horizontes de eventos.

Habiendo establecido que los horizontes de eventos (y, por lo tanto, los agujeros negros) están permitidos por la teoría, ¿cómo hacemos para detectar realmente uno? El método original para detectar un agujero negro consiste en buscar emisiones muy intensas de rayos X y rayos gamma. Estos no provienen del agujero negro en sí, sino del disco de acreción ., las partículas de polvo y gas que han quedado atrapadas en el pozo de gravedad del agujero negro y lo están dando vueltas preparándose para caer. Cuando las partículas se acercan mucho al horizonte de eventos, chocan entre sí con mucha energía, y esas colisiones emiten alta -radiación de energía que podemos detectar. Obviamente, esto solo ocurre si hay suficiente gas y polvo en las proximidades del agujero negro para formar un disco de acreción. Es posible que otros objetos muy densos tengan discos de acreción, pero basándonos en las propiedades de la radiación, podemos decir qué tan rápido se mueven las partículas y, por lo tanto, poner algunos límites en el tamaño y la masa del objeto que están orbitando. Si su radio es menor que$r_s$por su masa, entonces asumimos que es un agujero negro.

Más recientemente, se han realizado observaciones similares para estrellas que orbitan los centros de nuestra galaxia y otras galaxias. Al observar las posiciones de las estrellas a lo largo del tiempo, podemos analizar sus órbitas para determinar las características (tamaño y masa) de lo que están orbitando. Si el tamaño es más pequeño que$r_s$, por otra parte, la relatividad general nos dice que el objeto es un agujero negro.

Esta animación del Grupo del Centro Galáctico de la UCLA muestra estrellas cerca del núcleo galáctico en imágenes tomadas entre 1995 y 2011. Se puede ver claramente que están orbitando un objeto pequeño y masivo.

Dentro de unos años, también debería ser posible observar directamente en longitudes de onda de radio el horizonte de sucesos del agujero negro central de nuestra galaxia. Esto requiere una serie de diferentes radiotelescopios trabajando juntos en una gran matriz llamada Event Horizon Telescope . Si sale bien, deberíamos poder observar una "dona" alrededor del agujero negro que proviene de las emisiones de radio en el disco de acreción alrededor y detrás del agujero negro: