¿Qué veríamos si un agujero negro supermasivo pasa frente a otro?

La gravedad de un agujero negro supermasivo de 200 millones de masas solares en primer plano, distorsiona la luz del disco de acreción de un compañero más pequeño detrás de él. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard/Jeremy Schnittman y Brian P. Powell.

Un par de agujeros negros de millones de veces la masa del Sol realiza un hipnótico baile en una nueva visualización de la NASA. El video ilustra cómo los agujeros negros distorsionan y redirigen la luz que emana del torbellino de gas caliente –el disco de acreción– que rodea a cada uno.

Visto desde cerca del plano orbital, cada disco de acreción toma una apariencia característica de doble montículo. Pero cuando uno pasa frente al otro, la gravedad del agujero en primer plano transforma a su compañero en una secuencia de arcos rápidamente cambiante. Estas distorsiones ocurren cuando la luz de ambos discos viaja a través del tejido del espacio-tiempo cercano a los agujeros negros.

“Estamos viendo dos agujeros negros supermasivos, uno más grande con 200 millones de masas solares y un compañero más pequeño de hasta la mitad de peso”, dijo Jeremy Schnittman, astrofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien creó la visualización. “Estos son los tipos de sistemas binarios de agujeros negros donde pensamos que ambos miembros podrían mantener discos de acreción que duran millones de años”.

Los discos de acreción tienen diferentes colores, rojo y azul, para que sea más fácil identificar las fuentes de luz, pero la elección también refleja la realidad. El gas más caliente emite luz más cerca del extremo azul del espectro, y el material que orbita los agujeros negros más pequeños experimenta efectos gravitacionales más fuertes que producen temperaturas más altas. Para estas masas, en realidad ambos discos de acreción emitirían la mayor parte de su luz en ultravioleta, con el disco azul alcanzando una temperatura ligeramente mayor.

Las visualizaciones como esta ayudan a los científicos a ilustrar las fascinantes consecuencias de la gravedad extrema. Este nuevo video redobla uno anterior producido por Schnittman mostrando un agujero negro solitario desde varios ángulos.

Vistos casi de costado, los discos de acreción se ven notablemente más brillantes en un lado. La distorsión gravitacional altera el camino de la luz procedente de diferentes partes de los discos, produciendo la imagen deformada. El movimiento rápido del gas cerca del agujero negro modifica la luminosidad del disco a debido a un fenómeno en que el brillo del lado que rota hacia el observador aumenta, mientras que el del lado contrario disminuye.

La visualización también muestra un fenómeno más sutil llamado aberración relativista. Los agujeros negros parecen más pequeños cuando se aproximan al observador y más grandes cuando se alejan.

Estos efectos desaparecen cuando se observa el sistema desde arriba, pero surgen nuevas características. Ambos agujeros negros producen pequeñas imágenes de su compañero a su alrededor a medida que se orbitan. Observando de cerca, es claro que estas imágenes son en realidad vistas de costado. Para producirlas, la luz de los agujeros negros debe ser redirigida en 90 grados, lo que significa que estamos observando los agujeros negros desde dos perspectivas diferentes al mismo tiempo; de frente y de costado.

“Un aspecto sorprendente de esta nueva visualización es la naturaleza autosimilar de las imágenes producidas por lente gravitacional”, explicó Schnittman. “El acercamiento a cada agujero negro revela múltiples imágenes cada vez más distorsionadas de su compañero”.

Schnittman creó la visualización calculando el camino tomado por los rayos de luz desde los discos de acreción cuando viajan a través del espacio-tiempo curvado alrededor de los agujeros negros. En un computador de escritorio actual, los cálculos necesarios para crear la animación habrían tardado aproximadamente una década. Así que Schnittman formó equipo con el científico Brian P. Powell del centro Goddard para usar el supercomputador Discover del Centro de Simulación Climática de la NASA. Usando solo el 2% de los 129.000 procesadores de Discover, estos cálculos tardaron alrededor de un día.

Los astrónomos esperan que, en el futuro no muy lejano, sean capaces de detectar ondas gravitacionales –ondulaciones en el espacio-tiempo– producidas cuando dos agujeros negros supermasivos en un sistema similar al de esta visualización se fusionen.

Fuente: NASA