Ecuaciones matemáticas avalan objetos aún ocultos en el cosmos
Simulaciones en la Universidad Johns Hopkins han resultado en la construcción matemática hipotética de un objeto misterioso que parece un agujero negro pero en realidad sería un nuevo tipo de estrella.
Los hallazgos, que se publican en Physical Review D., sugieren que podría haber otros cuerpos celestes en el espacio escondidos incluso de los mejores telescopios de la Tierra.
"Nos sorprendió mucho", dijo Pierre Heidmann, físico que dirigió el estudio. "El objeto parece idéntico a un agujero negro, pero sale luz de su punto oscuro".
La detección de ondas gravitacionales en 2015 sacudió el mundo de la astrofísica porque confirmó la existencia de agujeros negros. Inspirado por esos hallazgos, el equipo de Johns Hopkins se dispuso a explorar la posibilidad de otros objetos que pudieran producir efectos gravitatorios similares, pero que podrían pasar por agujeros negros cuando se observan con sensores ultraprecisos en la Tierra, dijo el coautor y físico de Johns Hopkins, Ibrahima Bah.
"¿Cómo sabrías cuando no tienes un agujero negro? No tenemos una buena manera de probar eso", dijo Bah. "Estudiar objetos hipotéticos como solitones topológicos también nos ayudará a resolverlo".
Las nuevas simulaciones representan de manera realista un objeto que el equipo de Johns Hopkins llama solitón topológico. Las simulaciones muestran un objeto que se ve como una foto borrosa de un agujero negro desde lejos, pero como algo completamente diferente de cerca.
El objeto es hipotético en esta etapa. Pero el hecho de que el equipo pudiera construirlo utilizando ecuaciones matemáticas y mostrar cómo se ve con simulaciones sugiere que podría haber otros tipos de cuerpos celestes en el espacio escondidos incluso de los mejores telescopios de la Tierra.
Los hallazgos muestran cómo el solitón topológico distorsiona el espacio exactamente como lo hace un agujero negro, pero se comporta a diferencia de un agujero negro, ya que se revuelve y libera rayos de luz débiles que no escaparían a la fuerte fuerza gravitatoria de un verdadero agujero.
"La luz está fuertemente doblada, pero en lugar de ser absorbida como lo sería en un agujero negro, se dispersa con movimientos extraños hasta que en un punto regresa a ti de manera caótica", dijo Heidmann. "No ves un punto oscuro. Ves mucho desenfoque, lo que significa que la luz está orbitando como un loco alrededor de este extraño objeto".
El campo gravitatorio de un agujero negro es tan intenso que la luz puede orbitar a su alrededor a cierta distancia de su centro, de la misma manera que la Tierra orbita alrededor del sol. Esta distancia determina el borde de la "sombra" del agujero, de modo que cualquier luz entrante golpeará fatalmente la región que los científicos llaman "horizonte de eventos". Allí, nada puede escapar, ni siquiera la luz.
El equipo de Hopkins simuló varios escenarios utilizando imágenes del espacio exterior como si hubieran sido capturadas con una cámara, colocando un agujero negro y el solitón topológico frente a la lente. Los resultados produjeron imágenes distorsionadas debido a los efectos gravitacionales de los cuerpos masivos.
"Estas son las primeras simulaciones de objetos de teoría de cuerdas astrofísicamente relevantes, ya que podemos caracterizar las diferencias entre un solitón topológico y un agujero negro como si un observador los estuviera viendo en el cielo", dijo Heidmann.
Motivados por varios resultados de la teoría de cuerdas, Bah y Heidmann descubrieron formas de construir solitones topológicos utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein en 2021. Si bien los solitones no son predicciones de nuevos objetos, sirven como los mejores modelos de cómo podrían verse los nuevos objetos de gravedad cuántica en comparación con los agujeros negros.
Los científicos han creado previamente modelos de estrellas bosónicas, gravastares (estrellas gravitacionales de vacío) y otros objetos hipotéticos que podrían ejercer efectos gravitatorios similares con formas exóticas de materia. Pero la nueva investigación explica las teorías de los pilares del funcionamiento interno del universo que otros modelos no. Utiliza la teoría de cuerdas que reconcilia la mecánica cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein, dijeron los investigadores.
"Es el comienzo de un maravilloso programa de investigación", dijo Bah. "Esperamos en el futuro poder proponer genuinamente nuevos tipos de estrellas ultracompactas que consistan en nuevos tipos de materia de la gravedad cuántica".
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