El observatorio infrarrojo Spitzer de la NASA ha observado recientemente el destello del gigantesco sistema binario de agujeros negros OJ 287, dentro del intervalo de tiempo estimado por el modelo desarrollado por astrofísicos. Esta observación ha puesto a prueba diferentes aspectos de la Relatividad General, el "teorema de la ausencia de pelo" y ha demostrado que OJ 287 es, en efecto, una fuente de ondas gravitacionales infrarrojas.
La galaxia OJ 287 , situada en la constelación de Cáncer a 3.5 millones de años luz de la Tierra, tiene dos agujeros negros : uno mayor con más de 18 millones de veces la masa del Sol y, orbitándolo, un agujero negro más pequeño con aproximadamente 150 millones de veces la masa solar . Ambos forman un sistema binario de agujeros negros . Mientras orbita alrededor del agujero negro mayor, el agujero negro menor atraviesa el enorme disco de acreción de gas y polvo que rodea a su compañero, creando un destello de luz más brillante que un billón de estrellas.
El agujero negro más pequeño colisiona con el disco de acreción del más grande dos veces cada doce años. Sin embargo, debido a su órbita irregular y alargada (denominada cuasi-keplariana en la terminología matemática, como se muestra en la figura siguiente), las llamaradas pueden aparecer en momentos diferentes: a veces con tan solo un año de diferencia; otras veces, con hasta 10 años de diferencia (1). Varios intentos de modelar la órbita y predecir cuándo ocurrirían las llamaradas resultaron infructuosos hasta que, en 2010, los astrofísicos crearon un modelo capaz de predecir su ocurrencia con un margen de error de entre una y tres semanas. La precisión del modelo se demostró al predecir la aparición de una llamarada en diciembre de 2015 con una exactitud de tres semanas.
Otro dato importante que contribuyó a la elaboración de una teoría exitosa sobre el sistema binario de agujeros negros OJ 287 es el hecho de que los agujeros negros supermasivos pueden ser fuentes de ondas gravitacionales , lo cual se estableció tras la observación experimental de dichas ondas en 2016, producidas durante la fusión de dos agujeros negros supermasivos. Se predijo que OJ 287 sería la fuente de ondas gravitacionales infrarrojas (2).
En 2018, un grupo de astrofísicos proporcionó un modelo aún más detallado y afirmó poder predecir el momento de futuras llamaradas con una precisión de pocas horas (3). Según este modelo, la siguiente llamarada ocurriría el 31 de julio de 2019 y la hora se predijo con un error de 4.4 horas. También predijo el brillo de la llamarada inducida por el impacto que tendría lugar durante ese evento. El evento fue captado y confirmado por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA (4), que se retiró en enero de 2020. Para observar el evento predicho, Spitzer era nuestra única esperanza, ya que esta llamarada no podía ser vista por ningún otro telescopio en la Tierra o en órbita terrestre , dado que el Sol estaba en la constelación de Cáncer con OJ 287 y la Tierra en lados opuestos de ella. Esta observación también demostró que OJ 287 emite ondas gravitacionales en la longitud de onda infrarroja, como se predijo. Según esta teoría propuesta, se espera que la llamarada provocada por el impacto del asteroide OJ 287 tenga lugar en 2022.
Las observaciones de estas llamaradas imponen una restricción al « teorema de la ausencia de superficie » (5,6), que establece que, si bien los agujeros negros no poseen superficies reales, existe un límite a su alrededor más allá del cual nada —ni siquiera la luz— puede escapar. Este límite se denomina horizonte de sucesos. Este teorema también postula que la materia que forma un agujero negro o que cae en él «desaparece» tras el horizonte de sucesos y, por lo tanto, resulta permanentemente inaccesible para los observadores externos, lo que sugiere que los agujeros negros «no tienen superficie». Una consecuencia inmediata del teorema es que los agujeros negros pueden caracterizarse completamente mediante su masa , carga eléctrica y espín intrínseco. Según algunos científicos, este borde exterior del agujero negro, es decir, el horizonte de sucesos, podría ser irregular o con baches, contradiciendo así el «teorema de la ausencia de superficie». Sin embargo, si hay que demostrar la veracidad del "teorema de la ausencia de pelo", la única explicación plausible es que la distribución desigual de la masa del gran agujero negro distorsionaría el espacio que lo rodea de tal manera que provocaría un cambio en la trayectoria del agujero negro más pequeño y, a su vez, cambiaría el momento de la colisión del agujero negro con el disco de acreción en esa órbita en particular , causando así un cambio en el momento de aparición de los destellos observados.
Como es de esperar, los agujeros negros son difíciles de estudiar. Por lo tanto, a medida que avanzamos, se necesitan muchas más observaciones experimentales sobre las interacciones de los agujeros negros , tanto con su entorno como con otros agujeros negros, antes de poder confirmar la validez del "teorema de la ausencia de pelo".
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Referencias:
- Valtonen V., Zola S., et al. 2016, “Giro del agujero negro primario en OJ287 según lo determinado por el destello del centenario de la Relatividad General”, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) n. ° 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Abbott BP., et al. 2016. (Colaboración científica LIGO y Colaboración Virgo), "Observación de ondas gravitacionales de una fusión binaria de agujeros negros", Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. “Autenticación de la presencia de un binario de agujero negro masivo relativista en OJ 287 utilizando su destello centenario de relatividad general: parámetros orbitales mejorados”, Astrofias. J 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Laine S., Dey L., et al 2020. “Observaciones de Spitzer de la llamarada de Eddington prevista de Blazar OJ 287”. Cartas del diario astrofísico, vol. 894, N ° 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Gürlebeck, N., 2015. “Teorema sin pelo para agujeros negros en entornos astrofísicos”, Physical Review Letters 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Hawking Stephen W., et al 2016. Pelo suave en los agujeros negros. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
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