Cómo la curvatura y la rotación moldean la sombra de un agujero negro exprés
La luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía a su alrededor, como un flujo de coches que rodea un profundo bache en la carretera. Cuanto más empinadas son las paredes del bache, más se curva la trayectoria, y menos caminos rectos quedan hacia el observador. Así nace la sombra del agujero negro: una región de la que la luz ya no puede escapar.
Los autores del nuevo trabajo han añadido a esta imagen vial otra capa de asfalto: la llamada curvatura de Gauss-Bonnet, que solo es apreciable en espacios con más de cuatro dimensiones. En nuestro mundo se manifiesta a través de un único parámetro α, que controla la curvatura adicional. Cuando α aumenta, el bache se hace más profundo para la misma masa: la sombra se comprime y su borde se vuelve más anguloso. La rotación rápida del agujero (parámetro a) actúa de otra manera: arrastra el propio espacio, de modo que el anillo de luz alrededor de la sombra pierde simetría y se estira en la dirección de rotación.
Para poner a prueba el modelo, los investigadores reprodujeron las condiciones en las que se obtuvieron las famosas imágenes de las sombras de M87* y de Sagitario A*, los agujeros supermasivos en el centro de nuestra galaxia y de la vecina. Resultó que los valores permitidos de α son muy pequeños; de lo contrario, la sombra se vería diferente. Esto no descarta por completo la curvatura adicional, pero la restringe a un margen estrecho, como el ajuste de un faro que solo se puede girar un par de milímetros para no deslumbrar a los conductores que vienen de frente.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2604.18628
This study investigates the visual characteristics of a rotating black hole (BH) within the fabric of $$4$$D Einstein-Gauss-Bonnet gravity illuminated with two illumination models, such as a celestial light sphere and a thin accretion disk. To visualize the BH shadow images, we use a recent fisheye camera model and ray-tracing method. And then, we focus on investigating the impact of the coupling parameter $$\alpha$$ and the spin parameter $$a$$ on the shadow images. The results exhibit that the shadow radius decreases, while the shadow deviation increases with the aid of $$\alpha$$. However, with respect to $$a$$, the shadow radius is slightly increased compared to the corresponding shadow deviation. For a celestial light sphere, the increasing values of $$\alpha$$, lead to a decrease in the corresponding photon ring, while the space-dragging effect becomes more prominent with increasing $$a$$. For a thin accretion disk, we enhance its inner edge to the BH event horizon, and the particle motion is different in the regions inside and outside the innermost stable circular orbit. The result demonstrates that the shadow becomes progressively asymmetric with $$a$$, while the overall size of the inner shadow gradually decreases with the variations of $$\alpha$$. Subsequently, we also investigated the distinct features of red-shift configurations on the disk for both direct and lensed images. Additionally, we used the latest observational data from M87* and Sgr A* to impose certain parameter constraints on $$\alpha$$; the results depict the consistency of our considering the BH model.
La sombra del agujero negro M87* en la imagen de 2019 es comparable en tamaño a una pelota de tenis vista desde una distancia de 13 000 kilómetros.
En la novela «Esfera» de Michael Crichton, los protagonistas se enfrentan a una curvatura del espacio que altera las leyes habituales de la física, de manera similar a como el parámetro adicional α remodela silenciosamente la gravedad alrededor de un agujero negro.