Órbitas alrededor de agujeros negros

Abstract

En 1915, Albert Einstein presentó la Relatividad General, una nueva teoría fruto de su búsqueda por introducir el campo gravitatorio al marco teórico de la Relatividad Especial. Esta teoría resultó en un cambio de paradigma en la forma de entender la Gravedad, pasando de ser vista como una fuerza entre objetos con masa, a ser la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo producida por la presencia de masa y energía. Unos meses más tarde, en 1916, el físico y matemático alemán Karl Schwarzschild presentó la primera solución exacta y no trivial de las ecuaciones de campo de Einstein, la cual describe el espacio-tiempo en el exterior de un objeto masivo con simetría esférica, estático y sin carga, al cual se le dio el nombre de espacio-tiempo de Schwarzschild. Resultó que esta solución permite la existencia de unos objetos extraordinariamente densos, capaces de generar una gravedad tan extrema que ni siquiera la luz es capaz de escapar de los mismos. Hoy en día se conoce a estos objetos por el nombre de agujeros negros, usado por primera vez por el astrónomo John Wheeler en 1967.

Black holes in the Schwarzschild geometry have been widely studied in detail, as well as particle orbits around them. However, there is no complete classification of these orbits based on the effective potential produced by the black hole and the orbit’s energy, which would be more intuitive and result in an overall better understanding of the orbits as a whole. Also, there exists a set of geometries that give rise to black holes with no essential singularities, called regular black holes. In particular, the Simpson-Visser geometry stands out as a simple and elegant variation of Schwarzschild’s, which also incorporates the description of traversable wormholes. Yet, orbits in this geometry lack any proper classification, on top of massive particle orbits being underrepresented in research, compared to massless particle orbits. The objective of this thesis is to create a comprehensive and intuitive classification of massive and massless particle orbits, and give a qualitative description of their movement along said orbits, both in the Schwarzschild and Simpson-Visser geometries.