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(Via Variety; image via Shutterstock, with elements furnished by NASA) |
Reflexiones divergentes alrededor de la esfera de fotones de un agujero negro
Desde cualquier lugar fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro hay un número infinito de trayectorias para la luz hacia un observador. Cada una de estas trayectorias difiere en el número de órbitas que gira alrededor del agujero negro y en su proximidad a la última órbita del fotón. Con una solución numérica simple y una solución analítica perturbada de la ecuación nulo-geodésica del agujero negro de Schwarzschild reafirmaremos cómo cada órbita adicional está un factor e2π más cerca del borde óptico del agujero negro. En consecuencia, la superficie del agujero negro y cualquier luz de fondo se reflejarán infinitamente en rebanadas exponencialmente más delgadas alrededor de la última órbita del fotón. Además, el formalismo introducido demuestra cómo toda la trayectoria de la luz en el límite de campo fuerte está prescrita por una exponencial divergente y otra convergente. Por último, la existencia de la familia exponencial se generaliza al plano ecuatorial del agujero negro de Kerr con la dependencia de las exponenciales del espín derivada. De este modo, se demuestra que la distancia entre las imágenes subsiguientes aumenta y disminuye para las imágenes retrógradas y retrógradas respectivamente. En el límite de un agujero negro de Kerr de rotación extrema no existe divergencia logarítmica para las trayectorias retrógradas.
"Una galaxia lejana brilla en todas las direcciones: una parte de su luz se acerca al agujero negro y se desvía ligeramente; otra parte de la luz se acerca aún más y circunvala el agujero una sola vez antes de escapar hacia nosotros, y así sucesivamente", explica Albert Sneppen, estudiante del Cosmic Dawn Center y del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.
"Mirando cerca del agujero negro, vemos más y más versiones de la misma galaxia, cuanto más cerca del borde del agujero estamos mirando".
"¿Cuánto más cerca del agujero negro hay que mirar desde una imagen para ver la siguiente? El resultado se conoce desde hace más de cuatro décadas, y es de unas 500 veces".
"Calcular esto es tan complicado que, hasta hace poco, no habíamos desarrollado una intuición matemática y física de por qué resulta ser este factor exacto".
Con una sencilla solución numérica y otra analítica perturbada, Sneppen consiguió demostrar el porqué.
"Hay algo fantásticamente bello en entender ahora por qué las imágenes se repiten de una manera tan elegante", dijo.
"Además, proporciona nuevas oportunidades para poner a prueba nuestra comprensión de la gravedad y los agujeros negros".
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| La luz de la galaxia de fondo rodea un agujero negro un número creciente de veces, cuanto más cerca pasa del agujero, y un observador ve por tanto la misma galaxia en varias direcciones. Crédito de la imagen: Peter Laursen. |
El nuevo método también puede generalizarse a los agujeros negros giratorios.
"Resulta que cuando el agujero negro gira muy rápido, ya no hay que acercarse a él por un factor 500, sino bastante menos", dijo Sneppen.
"De hecho, cada imagen está ahora sólo 50, o 5, o incluso hasta sólo dos veces más cerca del borde del agujero negro".
El hecho de tener que mirar 500 veces más cerca del agujero negro para cada nueva imagen, significa que las imágenes se "exprimen" rápidamente en una sola.
"En la práctica, las numerosas imágenes serán difíciles de observar", dijo.
"Pero cuando los agujeros negros giran, hay más espacio para las imágenes adicionales, por lo que podemos esperar confirmar la teoría observacionalmente en un futuro no muy lejano".
"De este modo, podemos aprender no sólo sobre los agujeros negros, sino también sobre las galaxias que hay detrás de ellos".
"El tiempo de viaje de la luz aumenta, cuantas más veces tiene que dar la vuelta al agujero negro, por lo que las imágenes se retrasan cada vez más".
"Si, por ejemplo, una estrella explota como supernova en una galaxia de fondo, se podría ver esta explosión una y otra vez".
Fuentes, creditos y referencias:
El estudio se ha publicado en la revista Scientific Reports.
Creditos a Sci-News