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Premio de Física New Horizons otorgado a un científico que persigue una misteriosa esfera de fotones de un agujero negro

Dos científicos han recibido un premio de 100.000 dólares por describir la estructura y el método de detección de una misteriosa bola de fotones de un agujero negro. Estas misteriosas estructuras se forman en los bordes de los agujeros negros y podrían revelar la física fundamental que gobierna los objetos más extremos del universo.

Alexandru Lupzaska de la Universidad de Vanderbilt y Michael Johnson de la Universidad de Harvard «por dilucidar la subestructura y las características universales de los anillos de fotones de los agujeros negros y su propuesta de detección mediante experimentos de interferencia de próxima generación». Y ganó el Premio New Horizons en Física.

El Premio New Horizons lo otorga anualmente la Breakthrough Prize Foundation a investigadores que inician su carrera y está financiado por los multimillonarios tecnológicos Sergey Brin, Priscilla Chan y Mark Zuckerberg, Yuri y Julia Milner y la donación de Anne Wojcicki. Este año, Mikhail Ivanov del MIT, Oliver Philcox de la Universidad de Columbia y la Fundación Simons, y Marco Simonov de la Universidad de Florencia, Marko Simonovic, también recibieron el segundo premio por su trabajo en el colisionador cósmico.

A medida que los fotones fluyen hacia un agujero negro, la mayoría de ellos se doblan o (si pasan a través del horizonte de sucesos) quedan sumergidos permanentemente en el oscuro abismo. Sin embargo, algunas raras partículas de luz evitan este destino: en cambio, navegan en una estrecha serie de órbitas a lo largo de la boca abierta del monstruo cósmico, robando parte de la energía rotacional del agujero negro si está girando.

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La detección de estos fotones por primera vez brindará a los físicos conocimientos sin precedentes sobre los objetos más extremos del universo y cómo las leyes conocidas de la física se descomponen en presencia de gravedad infinita.

«La gravedad es un gran misterio. Hasta ahora no sabíamos cómo combinar la teoría general de la relatividad de Einstein (una imagen relativista de la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo) con la mecánica cuántica (una teoría de cosas muy pequeñas)». Alexandru Alexandru Lupsasca dijo a WordsSideKick.com que utilizó la teoría de la relatividad para diseñar la apariencia de los anillos y encontrar los parámetros que los describen.

«El problema es que la gravedad es muy débil: es la más débil de todas las fuerzas», dijo Lupusaska. «Así que, para tener alguna posibilidad de comprender la gravedad cuántica, tenemos que buscar lugares donde la gravedad sea más fuerte. En ningún lugar la gravedad es más fuerte que alrededor de un agujero negro».

Encuentra la lavandería cósmica

Los agujeros negros supermasivos son tan enormes, aproximadamente del ancho del sistema solar, que un fotón tarda unos seis días en viajar una vez a la velocidad de la luz. Al final de esos seis días, el fotón puede girar y entrar en otra órbita, o volar dentro o fuera del agujero negro. Los fotones que escapan de la gravedad del agujero negro aparecen como un halo ultrafino alrededor de una grieta de negro puro: una bola de fotones.

La bola de fotones se puede dividir en anillos más pequeños, con la última luz en entrar anidada dentro de una banda de luz casi infinita para la primera en entrar. Al retirar estas capas se revelará una serie de instantáneas que muestran todos los ángulos del universo circundante, desde el pasado reciente hasta los débiles destellos de luz capturados por los agujeros negros hace eones.

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«Es como una lavandería, capta la luz desde todos los ángulos y la hace girar y dispararse en todas direcciones», dijo Lupusaska. Sólo algunos fotones pueden entrar en un momento dado: «Siempre entran más fotones, pero siempre hay algunos que se escapan».

Después de hacer predicciones teóricas sobre cómo se vería el halo, la pareja y sus colegas comenzaron a idear formas de medirlo. Johnson se dio cuenta de que el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), que él y otros investigadores utilizaron para capturar las primeras imágenes de un agujero negro, era ideal para la tarea, siempre que pudiera distinguir la bola de fotones de las bandas más borrosas de otros agujeros negros. agujeros. La luz fluye desde un agujero negro.

Para lograr esto, razonó Johnson, los investigadores simplemente colocarían el EHT en una matriz y colocarían un telescopio que pudiera distinguir las primeras tiras de la bola de fotones.

«La maravilla es que esto no se parece a nada que hayamos estudiado en astronomía, y se puede agregar un orbitador lo suficientemente grande como para estudiar los anillos de fotones», dijo Johnson a WordsSideKick.com. «Fue un completo shock».

Lupusaska y Johnson están trabajando para que la NASA lance un satélite con un telescopio adicional. Si tienen éxito, podrían obtener las primeras imágenes del cinturón exterior de la esfera de fotones en un plazo de 10 a 15 años. Esto no sólo les permitió determinar el tamaño del horizonte de sucesos del agujero negro y su rotación, sino también, habiendo medido la segunda banda, explorar algunas de las teorías más radicales de la física.

«Este anillo de fotones es el más cercano al borde visible del universo observable», dijo Lupusaska. «Si eso no es suficiente para excitarte, no sé qué te excitará».

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