¿Cómo sería una foto de dos agujeros negros?

Redacción

La teoría general de la relatividad y la dinámica no lineal o teoría del caos, son dos de las más profundas revoluciones intelectuales que tuvieron lugar el pasado siglo XX. La formulación de la relatividad de Einstein cambió nuestra concepción del espacio, el tiempo y la gravedad, mientras que el caos mostró cómo sistemas que siguen reglas deterministas pueden resultar imprevisibles dada la más mínima perturbación. Estas dos teorías están íntimamente relacionadas, ya que los términos no lineales de la ecuación de Einstein pueden provocar dinámicas caóticas en ciertas circunstancias. El trabajo de los físicos de la URJC en colaboración con la Universidad de Sheffield supone una muestra de la comunión de estas dos teorías.

Actualmente, hay en marcha varios proyectos internacionales de gran calado enfocados a entender cómo la gravedad moldea el espacio-tiempo. En 2015, la colaboración LIGO-Virgo obtuvo evidencias experimentales de la existencia de ondas gravitacionales y sistemas binarios de agujeros negros, recibiendo el Premio Nobel de Física en 2017 por ello. Este año 2018, otro megaproyecto destinado a estudiar el cosmos ha comenzado a tomar sus primeros datos. Se trata del Event Horizon Telescope (EHT), un sistema de telescopios a escala mundial cuyo fin es el de obtener las primeras imágenes de un agujero negro.

A la izquierda, imagen de la sombra de dos agujeros negros del proyecto SXS (Simulating eXtreme Spacetimes). A la derecha, imagen obtenida mediante simulación por físicos de la URJC en colaboración con la University of Sheffield mostrando la propiedad de Wada.

Así pues, una pregunta interesante es, ¿cómo sería la imagen que veríamos al mirar hacia un sistema binario de agujeros negros? Ésa es precisamente la cuestión que el trabajo desarrollado por los investigadores de la URJC y la Universidad de Sheffield han tratado de responder. Utilizando un sencillo modelo teórico, han comprobado que existen ciertas condiciones bajo las cuales esta fotografía de dos agujeros negros presentaría la sorprendente propiedad de Wada. Esta propiedad topológica dice que tres o más conjuntos están separados por una única frontera. Álvar Daza, investigador de la URJC, explica que en este caso la propiedad de Wada significa que “una variación minúscula podría hacer que un fotón cayera a uno de los agujeros negros, o bien al otro, o que escapara de ambos hasta llegar a nuestros telescopios”. En dinámica no lineal, la propiedad de Wada aparece con frecuencia en el estudio de sistemas que presentan caos transitorio. “Lo interesante es que esta geometría tan singular también podría explicar la estructura de algunas regiones del espacio-tiempo”, comenta el profesor Miguel A.F. Sanjuán, quien concluye que este trabajo realizado por físicos de la URJC y de la Universidad de Sheffield es “una demostración de que la dinámica no lineal puede ser de gran utilidad en problemas fundamentales de relatividad general”.

Referencia bibliográfica:

Daza, Á., Shipley, J. O., Dolan, S. R., & Sanjuán, M. A. (2018). Wada structures in a binary black hole system. Physical Review D, 98(8), 084050.