n las proximidades de los agujeros negros, el espacio está tan deformado que incluso los rayos de luz pueden curvarse a su alrededor varias veces. Este fenómeno puede permitirnos ver múltiples versiones de lo mismo. Si bien esto se ha sabido durante décadas, solo ahora se ha conseguido forjar una expresión matemática exacta.

Ello se lo debemos agradecer a Albert Sneppen, estudiante en el Instituto Niels Bohr, adscrito a la Universidad de Copenhague en Dinamarca.

Un agujero negro es una acumulación de materia tan grande y densa que su campo gravitatorio es capaz de absorber todo lo que pase cerca, incluyendo la mismísima luz. Por eso no emite ni refleja luz alguna.

La intensa gravedad afecta además al espacio-tiempo en las inmediaciones del agujero. En las proximidades de un agujero negro, el espacio se curva tanto que los rayos de luz se desvían, y la luz muy cercana puede desviarse tanto que viaja varias veces alrededor del agujero negro. Por lo tanto, si un observador situado en el punto adecuado contempla una galaxia distante (o algún otro cuerpo celeste lejano) situado justo detrás, es posible que vea la misma imagen de la galaxia varias veces, aunque cada vez más distorsionada.

Supongamos que observamos una galaxia distante, que, como es lógico, brilla en todas las direcciones. Cuando parte de su luz se acerca al agujero negro, se desvía ligeramente. Algo de luz se acerca aún más y rodea el agujero una sola vez (una vuelta entera) antes de escapar hacia nosotros, y así sucesivamente. Mirando cada vez más cerca del borde del agujero negro, veremos más y más versiones de la misma galaxia.

¿Cuánto más cerca del agujero negro hay que mirar respecto de una imagen para ver la siguiente? La respuesta se conoce desde hace más de 40 años, y es unas 500 veces.

Calcular esto es tan complicado que nadie antes de Sneppen había conseguido desarrollar una explicación matemática tan detallada de por qué resulta ser este factor específico y no otro.

Una característica completamente nueva del método de Sneppen es que también se puede generalizar para aplicar no solo a los agujeros negros teóricos simplificados (que carecen de rotación), sino también a los agujeros negros que giran sobre sí mismos, que, de hecho, son todos.

“Resulta que cuando un agujero negro gira muy rápido, ya no es necesario acercarse a él en un factor de 500, sino significativamente menos. De hecho, cada imagen en tal caso requiere con respecto a la previa una proximidad adicional al borde del agujero negro de solo 50, o 5, o incluso 2 veces”, explica Albert Sneppen.

Tener que mirar 500 veces más cerca del agujero negro para cada nueva imagen, implica que las imágenes se “comprimen” rápidamente en una imagen anular. Tener que observar algo así haría que, en la práctica, resultase muy difícil distinguir las numerosas imágenes. Pero cuando los agujeros negros rotan, hay más espacio para las imágenes “extra”, por lo que hay esperanzas de que se pueda confirmar la teoría observacionalmente en un futuro no muy lejano. De esta manera, será posible obtener nuevos conocimientos no solo sobre los agujeros negros, sino también sobre las galaxias detrás de ellos.

El tiempo de viaje de la luz aumenta con cada vuelta adicional que tiene que dar al agujero negro, por lo que las imágenes se retrasan cada vez más. Si, por ejemplo, una estrella explota como una supernova en una galaxia de fondo, en teoría podríamos ver esta explosión muchas veces.

Sneppen expone detalladamente su explicación en la revista académica Scientific Reports, bajo el título de “Divergent reflections around the photon sphere of a black hole”. (Fuente: NCYT de Amazings)

Por vez primera, se ha detectado con claridad una región nebulosa en torno a un exoplaneta. Con una masa tres veces superior a la de nuestra Luna, muy posiblemente se trata del disco en el que este exoplaneta, similar a Júpiter, formará un sistema de satélites.

SISTEMA PROTOPLANETARIO

Situada a unos 400 años luz de la Tierra en la constelación austral del Centauro, PDS 70 es una estrella joven de enorme interés. Rodeando a la estrella se ha detectado un prominente anillo de gas polvoriento a partir del cual se van formando planetas. Con ayuda del gran telescopio VLT, ya se habían detectado dos de estos planetas jóvenes, denominados PDS 70b y PDS 70c, un par muy similar a la pareja de Júpiter y Saturno que domina nuestro sistema solar.

Ambos planetas se encuentran situados en la zona entre el gran anillo de polvo y la propia estrella, uno de ellos muy cerca de la estrella y el otro (PDS 70c) más lejos. El gran anillo circunestelar tiene un radio de unas 50 veces la distancia Tierra-Sol, mientras que el planeta PDS 70c se encuentra separado de su estrella por una distancia 34 veces superior a la distancia Tierra-Sol, es decir, ligeramente superior a la separación entre el Sol y Neptuno. 

ALREDEDOR DEL EXOPLANETA

Un equipo coordinado por la astrónoma Myriam Benesty (de las universidades de Chile y de Grenoble, Francia) ha observado la estrella PDS 70 con el gran interferómetro ALMAsituado en la meseta de Chajnantor, a 5000 metros de altitud en pleno desierto de Atacama. Sus observaciones, resumidas en la imagen que encabeza este artículo, muestran el disco de gran diseño que rodea a la estrella. También hay una región nebulosa acumulada en la inmediata vecindad de la estrella central, posiblemente un disco más compacto que no llega a verse con gran nitidez en las observaciones.

En la región vacía entre el gran anillo y la estrella aparece claramente la posición del planeta PDS 70c. Sin embargo, el 70b más pequeño y más cercano a la estrella no se detecta bien en estas observaciones que tan solo trazan el gas y el polvo y no los objetos sólidos como los planetas propiamente dichos. Lo que es más sorprendente de estas fantásticas observaciones es que en la posición del planeta 70c aparece una masa nebulosa, bien centrada en el exoplaneta y bien diferenciada del gran anillo que rodea a la estrella. Los autores del estudio han calculado que esta nubecilla tiene un tamaño similar a la distancia Tierra-Sol y una masa de tan solo el 3% de la masa terrestre, en números redondos: unas tres veces la masa de nuestra Luna.

Benesty y colaboradores concluyen, muy razonablemente, que tal nubecilla en torno al exoplaneta 70c es un pequeño disco en el que se está formando un sistema de satélites. Las observaciones no son capaces de desvelar si ya hay alguna luna ya formada (los datos no son sensibles a los objetos compactos), pero el disco es muy importante en sí, pues confirma las teorías de formación de planetas y de sus satélites. 

EXOLUNAS

Está bien establecido que los planetas se forman en discos polvorientos alrededor de estrellas jóvenes. Cada planeta, según se va formando, va horadando un hueco anular a medida que va acumulando material del disco circunestelar y, de esta manera, va creciendo. Se piensa que, durante este proceso, el planeta también puede adquirir su propio disco circumplanetario. Y este disco debe contribuir al crecimiento del planeta regulando la cantidad de material que cae sobre él. Simultáneamente, el gas y el polvo del disco circumplanetario, a través de múltiples colisiones, puede ir formando cuerpos progresivamente mayores, lo que finalmente debe conducir al nacimiento de lunas.

Se conocen más de 4000 planetas, pero todos ellos han sido detectados en sistemas estelares maduros donde, por así decir, todo el trabajo está ya hecho, y no es posible observar los mecanismos de su formación. Los sistemas protoplanetarios como el de PDS 70 son mucho menos frecuentes, pero mucho más interesantes para ver los procesos de formación de planetas y lunas. Desgraciadamente estos sistemas protoplanetarios son muy poco masivos y muy poco brillantes. Es extremadamente difícil llegar a ver detalles como los que llegamos a observar en PDS 70 y, en concreto, en PDS 70c.

Sin embargo, las nuevas observaciones dejan rodeado de misterio al otro planeta menor, PDS 70b, que no muestra indicios de poseer un disco. No sabemos si este planeta ha engullido todo el material circumplanetario o si este material ha formado ya completamente un sistema de satélites que no puede verse con estas observaciones.

En todo caso, son datos magníficos que ilustran el virtuosismo de ALMA llegando a detectar objetos minúsculos en tamaño y en masa. Cuando el gran telescopio ELT llegue a estar operativo en Chile, hacia el año 2027, se podrán obtener imágenes en el óptico/infrarrojo de este sistema estelar, en las que veremos con total nitidez su sistema protoplanetario y, quién sabe, quizás lleguemos a apreciar las incipientes exolunas.

El trabajo de Benisty y colaboradores titulado “A Circumplanetary Disk Around PDS70 c” ha sido publicado hace unos días en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters. El manuscrito puede consultarse en este enlace.