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Un nuevo método permitirá estudiar mejor los agujeros negros

Un nuevo método permitirá estudiar los agujeros negros en sí mismos y los fenómenos que se encuentran en sus proximidades, como como el movimiento de partículas, su singularidad gravitacional o su estabilidad.

Científicos rusos han descubierto un sistema para estudiar los agujeros negros en sí mismos y los fenómenos que se encuentran en sus proximidades, según explican en un artículo publicado en la revista Physical Review D.

Proponen un nuevo método para el cálculo aproximado de los parámetros de los agujeros negros esféricamente simétricos previstos en la teoría de Einstein-Maxwell.

El cálculo propuesto permite comparar los radios de sombra de los agujeros negros mediante soluciones numéricas exactas, consiguiendo así una aproximación precisa, incluso del movimiento de las partículas en el entorno de un agujero negro.

El problema de obtener una aproximación analítica para la métrica del agujero negro en la teoría escalar de Einstein-Maxwell no está resuelto cuando ninguno de los parámetros es fijo.

Pero, según estos investigadores, es posible construir una aproximación analítica de la métrica con precisión controlada para obtener resultados que coincidan con soluciones numéricas.

Añaden que existe un enfoque general de aproximación, cuya mejora continúa dentro del marco de varios modelos.

Modelo de agujero negro

El astrofísico de la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia (RUDN) Roman Konoplya y su colega A. Zhidenko, analizaron el caso de un agujero negro esféricamente simétrico previsto en la teoría de Einstein-Maxwell.

Suponiendo una interacción mínima entre los campos escalar y electromagnético, las dudas sobre la existencia de “pelos” escalares en los agujeros negros parecen desaparecer, y la llamada escalarización espontánea de los agujeros negros ocurre con una carga suficientemente grande dentro del agujero negro.

Los físicos suelen decir que «un agujero negro no tiene pelo» cuando todos los parámetros están determinados solo por su masa y carga eléctrica. Pero en este caso, el agujero negro tiene un parámetro adicional: el «pelo» escalar.

Ese supuesto pelo del agujero negro, propuesto en 2013 por Thomas Sotiriou, físico de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA),  en realidad es una carga que está unida a la materia circundante e incluso probablemente a todo el universo.

Ilustración del modelo del agujero negro examinado en esta investigación. RUDN.

Pelos con sombra

Las aproximaciones analíticas obtenidas por los astrofísicos de la RUDN se utilizaron para calcular las «sombras» proyectadas por los agujeros negros sobre un campo escalar (que representa la distribución espacial de una magnitud escalar).

Descubrieron que agregar un campo escalar aumenta el radio de la sombra.

Los resultados del estudio permiten encontrar formas analíticas de funciones métricas aproximadas para cualquier valor de parámetro deseado, así como calcular el radio de las sombras para cada agujero negro específico.

Según los autores del artículo, las aproximaciones obtenidas pueden utilizarse para para estudiar más a fondo los agujeros negros de Einstein-Maxwell escalarizados y los fenómenos cercanos, como el movimiento de partículas, su singularidad gravitacional o su estabilidad.

Consideran que, cuando el telescopio Laser Interferometer Space Antenna (LISA), de la ESA y la NASA, entre en funcionamiento, el “pelo” escalar se podrá ver en las ondas gravitacionales detectadas por este telescopio.

Sin embargo, según los astrofísicos, esta previsión no se comprobará pronto, ya que en todas esas mediciones de ondas gravitacionales, la lucha por la relación señal/ruido todavía no permite notar cambios relativamente pequeños en la geometría de los objetos compactos.

 

Referencia

Analytical representation for metrics of scalarized Einstein-Maxwell black holes and their shadows. R. A. Konoplya and A. Zhidenko. Physical Review D, Volume 100, 9 August 2019, Pages 044015. DOI: 10.1103/PhysRevD.100.044015

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