Un concepto de misión aspira a captar la imagen del finísimo anillo de fotones alrededor de los agujeros negros

El anillo de fotones es una característica orbital de la luz extremadamente estrecha que roza un agujero negro antes de escapar hacia observadores distantes. Detectar y resolver este anillo proporcionaría una sonda directa de la geometría del espacio-tiempo cerca del horizonte de sucesos y permitiría realizar pruebas de precisión de la relatividad general.

Qué es el anillo de fotones, en lenguaje sencillo

El anillo de fotones consiste en rayos de luz que han ejecutado una o más órbitas parciales o completas cerca del agujero negro antes de llegar a un telescopio. Su radio y forma dependen principalmente de la masa del agujero negro, de su espín y del espacio-tiempo circundante, más que de los detalles del gas emisor, por lo que esta característica codifica información robusta sobre el objeto compacto.

El científico que lo ha convertido en una misión

Alex Lupsasca, un físico teórico que ha estudiado las propiedades del anillo de fotones, es un destacado defensor de la obtención directa de imágenes del anillo. Sostiene que confirmar el anillo y demostrar su origen en fotones orbitales constituiría una prueba sólida de que el objeto compacto captado se comporta como un agujero negro tal como lo describe la relatividad general. Es el científico del proyecto de una propuesta de concepto de misión que emparejaría un radiotelescopio en órbita terrestre con redes terrestres para lograr un poder de resolución mucho mayor.

Por qué las redes actuales se quedan cortas

La interferometría de línea de base muy larga (VLBI) terrestre combina antenas de radio alrededor de la Tierra para emular un telescopio del tamaño del planeta y proporcionó las primeras imágenes a escala del horizonte. Sin embargo, la anchura del anillo de fotones en las longitudes de onda milimétricas y submilimétricas pertinentes está muy por debajo de la resolución angular de las redes actuales. El anillo es muy estrecho y transporta menos flujo que la emisión más amplia, lo que lo hace vulnerable a pequeños errores de calibración, al ruido atmosférico y a una cobertura de línea de base dispersa. Extender las líneas de base al espacio y mejorar el muestreo de la función de visibilidad interferométrica es la vía más clara para resolver esta fina subestructura.

Del plano a la línea de base: el Black Hole Explorer

El concepto Black Hole Explorer (BHEX) propone lanzar una antena de radio modesta a una órbita terrestre media para unirse a las redes milimétricas terrestres. Operando aproximadamente entre 100 y 300 gigahercios, un solo satélite aumentaría la longitud máxima de la línea de base y cubriría los huecos en la cobertura de la misma. Esa mejora en el muestreo del dominio de Fourier potencia el poder de resolución y la sensibilidad a las tenues oscilaciones de alta frecuencia producidas por los subanillos de fotones. Los planificadores de la misión han sugerido como objetivo de lanzamiento principios de la década de 2030 y pretenden observar los dos objetivos más accesibles: el agujero negro supermasivo de la galaxia M87 y el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea.

Cómo una línea fina pone a prueba la física fundamental

Debido a que la geometría del anillo de fotones depende débilmente de los detalles de la emisión, su radio y forma medidos pueden compararse con las predicciones para un agujero negro de Kerr. Las desviaciones podrían indicar nueva física o una estructura inesperada cerca del horizonte. Trabajos teóricos recientes han aclarado qué observables —como las tasas de desmagnificación entre subanillos, los retrasos temporales y la estructura angular vinculada al espín y la inclinación— servirían para diagnosticar desviaciones de la solución de Kerr.

Entre la teoría y la práctica: señal, polarización y ruido

Incluso con líneas de base adecuadas, persisten problemas prácticos. Las subimágenes que forman el anillo de fotones pueden interferir; la polarización puede verse reducida dependiendo de la geometría del campo magnético; y la transferencia radiativa a través de plasma turbulento puede emborronar las características. Las simulaciones que combinan magnetohidrodinámica relativista general con transferencia radiativa encuentran que el anillo de fotones puede estar relativamente despolarizado en algunos regímenes de emisión, pero también que su visibilidad en líneas de base particulares conlleva firmas predecibles. Esas predicciones del modelo guían el diseño de los cronogramas de línea de base y las estrategias de análisis de datos para extraer la tenue señal del anillo.

Qué significaría el éxito

Resolver el anillo de fotones elevaría la obtención de imágenes de agujeros negros de imágenes cualitativas a mediciones de precisión. Un anillo detectado permitiría determinaciones más directas de la masa y el espín, pruebas más estrictas de si el espacio-tiempo cerca del horizonte coincide con la métrica de Kerr, y estudios dinámicos basados en la temporización de las señales de los subanillos. La acumulación de firmas temporales podría revelar retrasos en el recorrido de la luz y movimientos cerca de la órbita de los fotones, mediciones que sondean la gravedad en su régimen más extremo.

La visión a largo plazo

Captar la imagen del anillo de fotones es técnicamente exigente y requiere una inversión sostenida en instrumentación, una estrecha coordinación entre los activos espaciales y terrestres, y una interacción continua entre la teoría y la observación. No obstante, las simulaciones y la teoría interferométrica perfilan ahora objetivos concretos, y los conceptos de misión muestran formas plausibles de construir las líneas de base necesarias. Para sus defensores, la campaña es un paso lógico: no solo para obtener una imagen de la silueta de un agujero negro, sino para descodificar la huella geométrica dejada por la luz que roza el horizonte.