Nuevo teorema predice que los agujeros negros deben tener al menos un anillo de luz

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Investigadores del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Alemania y de la Universidad de Aveiro en Portugal han introducido recientemente un teorema que hace predicciones sobre los anillos de luz alrededor de los agujeros negros estacionarios. 

Estudiar estos anillos de luz podría enriquecer nuestra comprensión actual de los agujeros negros y sus propiedades, aunque todavía hay muchas interrogantes por resolver.

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“Sorprendentemente, las propiedades de los anillos de luz pueden codificar mucha información relevante sobre los agujeros negros“, dijeron a Phys.org por correo electrónico Pedro Cunha y Carlos Herdeiro, los dos investigadores que llevaron a cabo el estudio. “La medición de estas propiedades otorga una ventana directa al esquivo y aún inexplorado régimen de gravedad muy fuerte cerca de un agujero negro. En este momento todavía no está claro si la teoría de la relatividad general de Einstein sigue siendo una buena descripción de las leyes de la gravedad bajo tal condiciones extremas.

Por lo tanto, una pregunta clave es: ¿algún modelo de agujero negro, en alguna teoría de la gravedad, necesita tener un anillo de luz? Su teorema, presentado en un artículo publicado en Physical Review Letters, sugiere que los agujeros negros de equilibrio deben, como regla general, tener al menos un anillo de luz en cada uno de sus sentidos de rotación.

Ilustración de un agujero negro rodeado por un anillo de luz Crédito: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle and Science Advances 18 de marzo de 2020.

Según la teoría de la relatividad general, las propiedades de los agujeros negros en un estado de equilibrio y en el espacio vacío están muy limitadas. Observaciones cosmológicas pasadas sugieren que estos agujeros negros clásicos poseen órbitas de anillo de luz, lo que podría significar que cualquier agujero negro concebible también tendría estas órbitas.

“En nuestro artículo, presentamos un argumento genérico y matemáticamente innovador que establece que un agujero negro estacionario debe tener, como regla, al menos un anillo de luz estándar en cada sentido de rotación“, indicaron Cunha y Herdeiro.

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Si bien puede ser teóricamente fuerte, al igual que cualquier otro teorema matemático que se aplica a los sistemas reales, la construcción introducida por Cunha y Herdeiro se basa en una serie de suposiciones. En su trabajo futuro, los investigadores planean cambiar algunos de estos supuestos y evaluar si las predicciones de su teorema cambian o siguen siendo las mismas.

“Una suposición clave de nuestro teorema es que lejos del agujero negro no hay campo gravitacional”, dijeron Cunha y Herdeiro. “Sin embargo, en el universo hay una constante cosmológica que impulsa la expansión del Cosmos. Esto crea un pequeño campo gravitacional sin importar qué tan lejos esté el agujero negro. Sería muy interesante entender si este ligero cambio en la suposición cambiaría las conclusiones de nuestro teorema“.