Los científicos han capturado por primera vez evidencia clara de un vórtice espacio-temporal, un fenómeno predicho por Einstein hace más de un siglo pero no observado directamente hasta ahora. El estudio, publicado en la revista Science Advances, muestra que los agujeros negros pueden distorsionar la estructura del espacio-tiempo, provocando que la materia cercana se mueva tambaleándose.
Este efecto se conoce como precesión de Reims-Teering o arrastre de cuadros. Este fenómeno ocurre cuando un agujero negro que gira rápidamente arrastra consigo el espacio-tiempo circundante, muy parecido a una peonza que crea un vórtice en el agua. El fenómeno surge de la teoría de la relatividad de Einstein, que describe la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía, en lugar de una simple atracción.
Un equipo de investigación dirigido por el Observatorio Astronómico Nacional de China y apoyado por la Universidad de Cardiff estudió un evento de alteración de las mareas denominado AT2020afhd. Un evento de perturbación de marea ocurre cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro y la poderosa gravedad lo destroza. En este evento, una estrella fue destruida por un agujero negro supermasivo, que es millones o miles de millones de veces más masivo que el Sol y normalmente está ubicado en el centro de una galaxia. Los restos de la estrella forman un disco de acreción, una estructura giratoria de gas y escombros extremadamente calientes que gira en espiral hacia adentro bajo la influencia de la gravedad. Al mismo tiempo, se expulsan potentes chorros de plasma y partículas de alta energía casi a la velocidad de la luz.
Al rastrear los cambios en las señales de radio y rayos X, los investigadores notaron que el disco de acreción y el chorro se balanceaban juntos en un ciclo de aproximadamente 20 días. Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de alta energía producidas por material extremadamente caliente cerca de los agujeros negros, mientras que las señales de radio son radiaciones de onda larga utilizadas por los astrónomos para estudiar chorros, campos magnéticos y partículas de alta energía. Este movimiento sincronizado es exactamente lo que predice la teoría, pero nunca antes se había confirmado con tanto detalle.
El coautor Dr. Cosimo Incella de la Universidad de Cardiff explicó que el estudio muestra la evidencia más convincente hasta el momento de la precesión de Reims-Teering, donde un agujero negro arrastra el espacio-tiempo de la misma manera que una peonza podría arrastrar el agua circundante para formar un vórtice.
La investigación añade un importante contexto científico. La teoría y las simulaciones han demostrado durante mucho tiempo que la curvatura extrema del espacio-tiempo cerca de los agujeros negros dobla los caminos de la luz y la materia, creando efectos de disco de acreción y precesión de chorros bajo la influencia de fuertes fuerzas relativistas. Estos efectos se vuelven significativos cuando la gravedad es fuerte o cuando la materia se mueve cerca de la velocidad de la luz. Lo que hace que este caso sea particularmente sobresaliente es la clara evidencia observacional. El equipo de investigación informó una variación cuasi periódica de 19,6 días en las señales de radio y rayos X, un ciclo repetitivo pero no completamente regular en el que las amplitudes de los rayos X son más de diez veces más fuertes de lo normal. Los cambios casi simultáneos apuntan a un mecanismo común que controla ambas regiones productoras de radiación.
El modelo de precesión de Lance-Teering de chorro de disco de acreción pudo reproducir estos cambios, y los datos mostraron que el agujero negro involucrado era del tipo de bajo giro, lo que significa que giraba más lentamente que los agujeros negros que giraban rápidamente predichos por muchos modelos relativistas. El estudio también descubrió cambios de radio a corto plazo durante los eventos de alteración de las mareas, un fenómeno que nunca antes se había visto. Los investigadores dicen que esto resalta la importancia del monitoreo de radio de alta frecuencia, donde las observaciones se repiten con frecuencia en intervalos de tiempo cortos, lo que podría revelar más sobre cómo los agujeros negros dan forma a su entorno.
El descubrimiento confirmó una predicción hecha por Albert Einstein en 1913 y posteriormente definida matemáticamente por Joseph Lance y Hans Thiering en 1918. Abre nuevas vías para estudiar la rotación de los agujeros negros, la física de la acreción, que estudia cómo la materia cae en objetos masivos y libera energía, y la formación de chorros, el proceso mediante el cual la materia en rotación y los campos magnéticos lanzan estrechas corrientes de plasma de alta energía al espacio. Para los científicos, es una oportunidad única de observar cómo el espacio-tiempo es deformado por uno de los objetos más extremos del universo.