Modelar agujeros negros es más fácil con un destello de luz

Recientemente, se exploró el modelo de agujeros negros no singulares, específicamente el modelo Hayward. Desde su introducción en 2006, se han desarrollado varias variaciones de este modelo, incluyendo uno rotativo similar al métrico Kerr, utilizado para estudiar los agujeros negros supermasivos que hemos observado directamente. Esto plantea una pregunta interesante: ¿qué pasaría si utilizáramos un modelo Hayward rotativo en lugar del habitual modelo Kerr? Un estudio reciente responde a esta cuestión.

El estudio fue publicado en el servidor de preprints arXiv. Desde el exterior, las métricas de los agujeros negros Hayward son casi idénticas a las métricas de los agujeros negros Schwarzschild. Ambas son soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. La única diferencia es que las soluciones de Hayward imponen una restricción adicional que evita la singularidad del agujero negro, lo que elimina algunos problemas relacionados con las singularidades y los horizontes de eventos.

Para las regiones exteriores que podemos observar, los dos modelos son tan similares que se podría pensar que usar uno sobre otro sería irrelevante. Sin embargo, este último trabajo demuestra que el modelo Hayward podría tener algunas ventajas.

En este trabajo, el equipo comenzó con una métrica Hayward rotativa e introdujo una simulación estadística de un campo de plasma algo aleatorio. Es similar a la forma en que los animadores en películas y videojuegos utilizan simulaciones de parpadeo para simular olas de agua, en lugar de calcular la dinámica de fluidos del agua. El resultado se asemeja a la realidad, pero es mucho más fácil de calcular. Para su modelo, el equipo simuló el parpadeo de la luz emitida por el disco de acreción cerca del agujero negro.

Para los modelos estándar de agujeros negros, este enfoque generalmente se diluye. Los parpadeos aleatorios se difuminan al nivel que podemos observar, por lo que no es muy útil para estudiar la dinámica de los agujeros negros supermasivos. Sin embargo, los autores encontraron que esto no es cierto para los modelos Hayward. Sin una singularidad, los modelos Hayward tienen un pequeño carácter dinámico, y los parpadeos aleatorios interactúan con eso.

Por ejemplo, una de las cosas que hemos observado con el agujero negro supermasivo M87* es que el campo magnético de su disco de acreción puede cambiar de forma repentina. Aún no estamos completamente seguros de cómo sucede esto, y las simulaciones por computadora que utilizan un métrico estándar son muy sensibles a las condiciones iniciales. Pero este cambio en el campo magnético surge de manera natural en el modelo Hayward. En otras palabras, este nuevo enfoque proporciona una mejor simulación de lo que observamos.

Es importante destacar que este nuevo enfoque no aborda la física subyacente que crea estos cambios en el campo magnético. Pero eso no es necesariamente un problema. Así como podemos modelar cosas como la fricción sin modelar las interacciones atómicas de dos superficies, este nuevo enfoque podría ayudarnos a comprender la dinámica general de los agujeros negros.

Por lo tanto, resulta que los modelos de agujeros negros no singulares tienen un propósito después de todo.