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miércoles, 17 de agosto de 2011

Luz helicoidal para ver agujeros negros

Luz helicoidal para ver agujeros negros. Imagen: Joe Bergeron, Sky&Telescope
Un agujero negro en rotación podría imprimir un carácter helicoidal a la luz, cuyo estudio permitiría a su vez conocer las propiedades del agujero negro.

Es bien conocido que la luz puede mostrarse en dos formas distintas aunque equivalentes: dos polarizaciones. Podemos hablar de una luz que gira como las agujas de un reloj y otra en sentido antihorario. No hay más que asistir a una película con efectos 3D para experimentar las posibilidades de las luces polarizadas (no todos los cines 3D utilizan el mismo sistema; si observan que la pantalla del cine no es blanca sino plateada, están seguramente en presencia de un sistema basado en la polarización). Nuestro ojo desnudo no es capaz de distinguir entre luces con distinta polarización (algunas personas al parecer pueden en fenómenos como el cepillo de Haidinger), pero un cristal polarizador puede hacer el trabajo por nosotros. Cada cristal polarizador de una gafa 3D deja pasar un solo tipo de luz polarizada, por lo que podemos orquestar que cada ojo vea una imagen diferente, la esencia del 3D. Físicamente, la luz no es ni más ni menos que la propagación de una oscilación en el campo de fuerzas electromagnético. Desde este punto de vista, la polarización circular se puede describir como el giro de la dirección en la que tira la fuerza eléctrica; este giro se produce en todos los puntos del espacio al unísono.

Menos conocido es el hecho de que la luz (como cualquier otro campo de fuerzas propagativo) tiene además la capacidad de girar globalmente: un frente de ondas luminosas puede, en ciertas circunstancias, adquirir una forma helicoidal giratoria.

Técnicamente, la polarización y la helicoidalidad de la luz se asocian, respectivamente, al espín y al momento angular orbital de los fotones, las oscilaciones elementales de las que se compone la luz. La determinación de la helicoidalidad de la luz recibida abre un nuevo canal de recepción de información sobre los objetos emisores. Este canal podría ser de especial relevancia para la astrofísica. En un futuro quizá hablemos de estudios “helicométricos” además de los habituales estudios polarimétricos.

Recientemente ha aparecido un artículo en Nature firmado por F. Tamburini y colaboradores en el que se destaca el hecho de que la rotación de un agujero negro puede imprimir un carácter helicoidal a la luz que se emite en sus cercanías, como la proveniente de discos de acrecimiento a su alrededor. Detectar el grado de rotación de esta luz nos proporcionaría información directa sobre el grado de rotación del agujero negro en cuestión. Estaríamos viendo, directamente, huellas hasta ahora invisibles de agujeros negros.

Cuando un agujero negro (una acumulación extremadamente compacta de materia) rota, produce un arrastre del propio tejido espacio-temporal a su alrededor. Aunque este efecto fue predicho tan solo unos años después de la formulación de la teoría general de la relatividad, el efecto conocido como lense-thirring o de arrastre inercial no ha podido ser comprobado con suficiente precisión hasta nuestros días. De hecho, precisamente este pasado mayo se han publicado los resultados finales del experimento Gravity Probe B de la NASA, un satélite diseñado específicamente para medir el efecto de arrastre inercial debido a la rotación de la Tierra. A la luz de este experimento podemos decir que estamos seguros de que el efecto de arrastre existe y de que su magnitud se ajusta a los cálculos relativistas. Pues bien, como los autores del artículo explican, este arrastre rotatorio, que afecta al mismísimo espacio-tiempo, haría que la luz adquiriese una rotación helicoidal como la mencionada.

¿Cómo se detectaría la helicoidalidad de la luz en una observación astronómica? Para detectarla es necesario analizar la estructura espacial del frente de onda. Se han propuesto varias formas de hacerlo. Mencionamos aquí sin dar detalles la utilización de varios interferómetros de Mach-Zehnder con prismas Dove para ir separando los diferentes grados de rotación de la luz. También la interferometría de varios puntos de imagen. Todo apunta a que estos desarrollos darán mucho que hablar en los próximos años.

Carlos Barceló | Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

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