En este cuadro de la nueva visualización, en primer plano hay un agujero negro supermasivo con una masa de 200 millones de masas solares. Su gravedad distorsiona la luz del disco de acreción del agujero negro compañero más pequeño casi inmediatamente detrás de él, creando esta visión surrealista. Los diferentes colores de los discos de acreción facilitan el seguimiento de la contribución de cada uno. Fuente: Centro espacial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman y Brian P. Powell
Un par de agujeros negros que orbitan alrededor de millones de masas solares realizan el hipnótico pas de deux en una nueva visualización de la NASA. El video rastrea cómo los agujeros negros distorsionan y redirigen la luz que emana de un vórtice de gas caliente, conocido como disco de acreción, que rodea a cada uno de ellos.
Cuando se ve de cerca en el plano de la órbita, cada disco de acreción adquiere una apariencia distintiva de doble joroba. Pero cuando uno pasa frente al otro, la gravedad del primer agujero negro transforma a su compañero en una secuencia de arcos que cambia rápidamente. Estas distorsiones juegan un papel cuando la luz de ambos discos viaja a través de la estructura enmarañada del tiempo y el espacio cerca de los agujeros negros.
“Vemos dos agujeros negros supermasivos, el más grande con 200 millones de masas solares y un compañero más pequeño que pesa la mitad”, 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 en los que creemos que ambos miembros pueden contener discos de acreción que duran millones de años”.
Los discos de acreción vienen en una variedad de colores, rojo y azul, para facilitar el seguimiento de las fuentes de luz, pero su elección también refleja la realidad. El gas más cálido 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 provocan temperaturas más altas. Para estas masas, ambos discos de acreción emitirían la mayor parte de su luz en UV y el disco azul alcanzaría una temperatura ligeramente más alta.
Visualizaciones como esta ayudan a los científicos a visualizar las fascinantes consecuencias de un espejo en una casa de juegos de gravedad extrema. El nuevo video está duplicado del anterior filmado por Schnittman, mostrando un solo agujero negro desde diferentes ángulos.
Vistos casi de lado, los discos de acreción aparecen notablemente más brillantes en un lado. La distorsión gravitacional cambia los caminos de la luz de diferentes partes de los discos, creando una imagen distorsionada. El rápido movimiento del gas cerca del agujero negro modifica el brillo del disco a través de un fenómeno llamado ganancia Doppler, un efecto de la teoría de la relatividad de Einstein que ilumina el lado que gira hacia el observador y oscurece el lado que gira.
La vista cara a cara del diseño resalta la imagen distorsionada (recuadro) del agujero negro más pequeño de su compañero más grande. Para llegar a la cámara, un agujero negro más pequeño debe desviar la luz de su compañero rojo en 90 grados. El disco de acreción de esta imagen secundaria aparece como una línea, lo que significa que podemos ver a la compañera roja desde un lado, mientras que también la vemos desde arriba. Una imagen secundaria del disco azul también se forma justo fuera del anillo de luz brillante más cercano al agujero negro más grande. Fuente: Centro espacial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman y Brian P. Powell
La visualización también muestra un fenómeno más sutil llamado aberración relativista. Los agujeros negros parecen más pequeños a medida que se acercan al espectador y más grandes a medida que se alejan.
Estos efectos desaparecen al ver el sistema desde arriba, pero aparecen nuevas funciones. Ambos agujeros negros crean pequeñas imágenes de sus compañeros que los orbitan en cada órbita. En una inspección más cercana, está claro que estas imágenes son en realidad vistas de borde. Para producirlos, la luz de los agujeros negros debe redirigirse 90 grados, lo que significa que observamos los agujeros negros desde dos perspectivas diferentes, cara a cara y de borde, al mismo tiempo.
“Un aspecto sorprendente de esta nueva visualización es la auto-similitud de las imágenes producidas por lentes gravitacionales”, explicó Schnittman. “La ampliación de cada agujero negro revela numerosas imágenes cada vez más distorsionadas de su socio”.
Schnittman creó una visualización calculando el camino que recorren los rayos de luz desde los discos de acreción a medida que atraviesan el espacio-tiempo deformado alrededor de los agujeros negros. En una computadora de escritorio moderna, los cálculos necesarios para producir los fotogramas de la película tardarían unos diez años. Es por eso que Schnittman se asoció con el científico de datos Goddard Brian P. Powell para usar la supercomputadora Discover en el Centro de Simulación Climática de la NASA. Usando solo el 2% de las 129,000 CPU de Discover, este cálculo tomó aproximadamente un día.
Los astrónomos esperan poder detectar ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo, en un futuro no muy lejano, causadas cuando dos agujeros negros supermasivos en un sistema similar a lo que Schnittman describió como una espiral se unen y se fusionan.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA