Una nueva investigación sugiere que las futuras imágenes de alta resolución de los agujeros negros podrían finalmente determinar si la teoría de la gravedad de Albert Einstein, la relatividad general, describe con precisión estos objetos cósmicos, o si se necesitan teorías alternativas. El Event Horizon Telescope (EHT), que capturó las primeras imágenes de agujeros negros en 2019 y 2022, ha abierto una nueva era de la astrofísica observacional. Pero aunque estas imágenes confirman muchas predicciones de la relatividad general, también plantean la posibilidad de detectar desviaciones sutiles que podrían apuntar hacia una comprensión más completa de la gravedad.
La sombra de la duda
El EHT no toma imágenes directamente de los propios agujeros negros. En cambio, captura el intenso brillo de la materia sobrecalentada que gira alrededor de estos objetos, creando una “sombra” oscura que delinea el horizonte de eventos: el punto sin retorno donde la gravedad se vuelve ineludible. El último estudio propone que un análisis detallado de estas sombras podría revelar pequeñas discrepancias con las predicciones de Einstein.
“Hemos desarrollado una manera de comparar imágenes de gas caliente alrededor de agujeros negros predichas por la relatividad general con aquellas predichas por teorías alternativas”, explica Akhil Uniyal de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, autor principal de la investigación. “Las simulaciones realistas muestran que incluso pequeñas diferencias en la gravedad subyacente serán detectables a medida que mejore la resolución de las imágenes”.
El legado de Einstein: espacio-tiempo deformado
La teoría de la relatividad general de Einstein, publicada en 1915, revolucionó nuestra comprensión de la gravedad. A diferencia de la visión de Newton de la gravedad como una fuerza, Einstein propuso que los objetos masivos deforman el tejido del espacio y el tiempo, creando los efectos gravitacionales que observamos. Esta deformación se vuelve extrema cerca de los agujeros negros, donde la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar.
El concepto de agujero negro surgió a partir de las ecuaciones de Einstein en 1916, gracias al trabajo de Karl Schwarzschild. Estas soluciones revelaron que en el corazón de un agujero negro se encuentra una singularidad: un punto donde las leyes de la física fallan. Rodeando la singularidad está el horizonte de sucesos, el límite más allá del cual nada puede escapar.
Más allá de Einstein: la búsqueda de alternativas
Si bien la relatividad general ha pasado innumerables pruebas, los científicos han especulado durante mucho tiempo que tal vez no sea la historia completa. Algunas teorías alternativas proponen que los agujeros negros podrían no tener singularidades o que podrían describirse mediante física más compleja. Estas teorías a menudo requieren materia exótica o violaciones de leyes conocidas.
“En términos generales, existen los agujeros negros giratorios estándar descritos por la relatividad general, y luego una variedad de alternativas motivadas por diferentes teorías”, dice Uniyal. “Todas estas alternativas son más complejas que las propuestas por Einstein, pero siguen siendo teóricamente viables hasta que sean refutadas”.
Cómo las sombras revelan la verdad
La clave para probar estas alternativas reside en la medición precisa de las sombras de los agujeros negros. Pequeñas desviaciones en la gravedad subyacente se traducirán en cambios sutiles en el tamaño y la forma de la sombra, así como en la forma en que la luz se curva alrededor del agujero negro.
“La sombra del agujero negro codifica la geometría del espacio-tiempo muy cerca del objeto compacto”, explica Uniyal. “Las pequeñas desviaciones métricas se traducen en cambios pequeños y sistemáticos en el tamaño y la forma de la sombra y en cómo se forman los anillos de luz a su alrededor”.
El estudio demuestra que incluso si las diferencias entre la relatividad general y las teorías alternativas son pequeñas, serán detectables a medida que mejore la resolución de las imágenes. Los investigadores incluso han cuantificado estas diferencias, proporcionando objetivos concretos para futuros observatorios.
El futuro de las imágenes de agujeros negros
Los próximos pasos implican mejorar la calidad de las imágenes de los agujeros negros añadiendo más telescopios a la red EHT y explorando la interferometría espacial. A medida que aumenta la resolución, se fortalecerá la capacidad de distinguir entre la relatividad general y teorías alternativas.
“Lo que nuestros resultados muestran es que, independientemente de los agujeros negros que se consideren, las diferencias serán pequeñas y, por tanto, se necesitan mediciones muy precisas”, afirma Uniyal. “Afortunadamente, estas observaciones serán posibles en un futuro no muy lejano”.
Esta investigación destaca el poder de la astrofísica observacional para probar teorías fundamentales de la física. A medida que avanzan las imágenes de agujeros negros, es posible que pronto tengamos una respuesta definitiva sobre si la teoría de Einstein sigue siendo la descripción definitiva de la gravedad.
