Un agujero negro supermasivo ayuda a confirmar la teoría de la relatividad general

Imagen de la galaxia 1H0707-495

Al observar la distorsión de la radiación que emite un disco de acreción que gira alrededor de un agujero negro, es posible determinar cuán cerca está la métrica del agujero de la métrica de Kerr predicha por la teoría general de la relatividad. Un grupo de científicos de EEUU, China y Alemania llevaron a cabo un análisis de este tipo para un agujero negro supermasivo de la galaxia 1H0707-495 y demostraron que está muy bien descrito por la métrica de Kerr. El artículo fue publicado en Physical Review Letters.

La teoría general de la relatividad (GTR) está bien probada para campos gravitatorios débiles, por ejemplo, para los planetas del sistema solar. Por otro lado, los campos gravitatorios fuertes se han estudiado poco. Dado que algunas teorías alternativas de la gravedad coinciden con la relatividad general en el límite de los campos débiles, pero dan otras predicciones para campos fuertes, los científicos están interesados ​​en verificar la predicción de la relatividad general en este campo.

Los campos gravitacionales particularmente fuertes crean agujeros negros, tan fuertes que la luz no puede escapar de su horizonte de eventos. El teorema de no pelo garantiza que la única solución estacionaria para un agujero negro, colocado en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, es la métrica Kerr-Newman. Alrededor de este agujero se puede formar un disco de acreción, en el cual los fotones se acelerarán debido al efecto Compton en los electrones; además, los átomos del disco también irradiarán. Debido al desplazamiento rojo gravitatorio y la curvatura de la luz, al observador remoto le parecerá que el espectro de radiación y la forma de la región radiante están distorsionados. Al medir estas distorsiones, se puede determinar con qué precisión la métrica alrededor del agujero negro coincide con la métrica de Kerr.

En este artículo, un equipo de científicos dirigido por Cosimo Bambi aplicó por primera vez este método a datos reales recopilados para un agujero negro supermasivo de la galaxia 1H0707-495. Anteriormente ya describieron el método por el cual uno puede determinar cuán bien la métrica de Kerr describe tales agujeros negros. En este método, se introduce una métrica modelo, cuyas desviaciones de la métrica de Kerr se dan por un conjunto de parámetros determinados a partir de observaciones. Si todos estos parámetros están cerca de cero, la métrica modelo reproduce la métrica de Kerr. La ventaja de este enfoque es la independencia de la teoría alternativa de la gravedad elegida. Aquí, los científicos examinaron la métrica de Johannsen, en la que α13 es un parámetro de este tipo. Los detalles del modelo se pueden encontrar en los materiales suplementarios del artículo.

Luego, los científicos analizaron los datos recopilados por los telescopios XMM-Newton, NuSTAR y Swift sobre el agujero negro supermasivo. Los investigadores llevaron a cabo el análisis utilizando el programa RELXILL_NK, en el que los parámetros libres son el momento de impulso del agujero negro a*, el parámetro métrico α13, el ángulo del disco y varios otros valores. Siguiendo los artículos 1 y 2, los científicos revisaron tres hipótesis que explican las diversas características del espectro de emisión de radio y se aplicaron a diversos datos. Como resultado, obtuvieron estimaciones para el parámetro α13, dependiendo de a*, que se puede ver en las figuras. Las estimaciones correspondientes a diferentes niveles de confiabilidad están marcadas por diferentes colores.

Valores del parámetro a13 determinados por el análisis 1

Zhen Cao et al

Valores del parámetro a13 determinados por el análisis 2

Zhen Cao et al

Valores del parámetro a13 determinados por el análisis 3. /Zhen Cao et al

Los científicos han concluido que con alta probabilidad el espacio-tiempo alrededor del agujero negro de la galaxia 1H0707-495 está descrito por la métrica de Kerr, según lo predicho por la teoría general de la relatividad. Los autores del artículo creen que el método desarrollado por ellos también se puede utilizar para analizar datos sobre otros agujeros negros.

Dmitry Trunin

Texto traducido por María Cervantes

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma


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