Dos recientes artículos científicos pueden hacer que reconsideremos lo que sabíamos de los agujeros negros.

Los agujeros negros se encuentran entre los lugares más misteriosos del universo; lugares donde el tejido mismo del espacio y el tiempo están tan deformados que ni siquiera la luz puede escapar de ellos. De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, en su centro se encuentra una singularidad, un lugar donde la masa de muchas estrellas se aplasta en un volumen con un tamaño exactamente cero.

Ahora, dos artículos recientes de física, publicados el 10 de diciembre, pueden hacer que los científicos reconsideren lo que creíamos saber sobre los agujeros negros. Es posible que hasta ahora no hayamos entendido su naturaleza y su aspecto en el centro, según los documentos.

El borde de la física de Einstein

Los astrónomos y los físicos han sostenido durante mucho tiempo que la idea de una singularidad simplemente debe ser errónea. Si un objeto con masa no tiene tamaño, entonces tiene densidad infinita. Y, tanto como los investigadores lanzan alrededor de la palabra «infinito», los infinitos de ese tipo no existen en la naturaleza.

En cambio, cuando te encuentras con un infinito en una situación real, física o científica, lo que realmente significa es que has empujado tus matemáticas más allá del ámbito donde se aplican. Necesitas nuevas matemáticas.

Es fácil dar un ejemplo familiar de esto. La ley de la gravedad de Newton lo demuestra. Entonces, si tomas una bola ubicada lejos de la Tierra, experimentará un cierto peso. Luego, a medida que se acercaba a la Tierra, el peso aumentaría. Llevando esa ecuación al extremo, al acercar el objeto al centro de la Tierra, experimentará una fuerza infinita. Pero no lo hace.

En cambio, a medida que acercas el objeto a la superficie de la Tierra, la simple ley de gravedad de Newton ya no se aplica. Debe tener en cuenta la distribución real de la masa de la Tierra, y esto significa que necesita usar ecuaciones diferentes y más complejas que predicen comportamientos diferentes.

Del mismo modo, si bien la teoría de la relatividad general de Einstein predice que existe una singularidad de densidad infinita en el centro de los agujeros negros, esto no puede ser cierto. En tamaños muy pequeños, una nueva teoría de la gravedad debe entrar en juego. Tenemos un nombre genérico para esta nueva teoría: se llama gravedad cuántica.

Representación artística de la transición de agujero negro a blanco. Usando la gravedad cuántica de bucles, Ashtekar, Olmedo y Singh predicen que los agujeros negros se convierten en agujeros blancos. Crédito: F. Vidotto/University of the Basque Country

Gravedad cuántica

El nombre de gravedad cuántica simplemente significa «gravedad en las escalas más pequeñas», pero la frase no implica una teoría específica. Sin embargo, se han hecho propuestas teóricas específicas que describirían la gravedad como se encuentra en el microcosmos. Una propuesta se llama gravedad cuántica de bucle .

La gravedad cuántica de bucles está bien definida matemáticamente y expresa la estructura del espacio-tiempo como una red de redes de espín, que evolucionan con el tiempo. Las redes de espín son solo una formulación matemática que describe cómo interactúan las partículas y los campos.

Desde un punto de vista más práctico, la gravedad cuántica de bucles predice que el espacio-tiempo se cuantifica, con una unidad o pieza de espacio y tiempo lo más pequeña posible, más allá de la cual el espacio-tiempo no puede subdividirse más.

La gravedad cuántica de bucles es una teoría matemática difícil que se ha resistido a hacer predicciones comprobables dentro de los agujeros negros. Sin embargo, Abhay Ashtekar y Javier Olmedo en la Pennsylvania State University y Parampreet Singh en la Louisiana State University han aplicado la gravedad cuántica de bucle al centro de los agujeros negros. Afirman que el resultado no es una singularidad.

Gravedad cuántica simplemente significa «gravedad en las escalas más pequeñas».

Agujero blanco vs. Agujero negro

Su cálculo predice que el espacio-tiempo se curva muy fuertemente cerca del centro del agujero negro. El resultado es que el espacio-tiempo continúa en una región en el futuro que tiene la estructura de un agujero blanco. Un agujero blanco es como un agujero negro en reversa, lo que significa que a diferencia de un agujero negro, que atrae la materia hacia adentro, un agujero blanco dispara la materia.

Quizás haya otra manera de imaginar lo que están prediciendo. Es bien sabido que en campos gravitacionales fuertes, el tiempo se ralentiza . Y los agujeros negros contienen los campos gravitacionales más fuertes del universo.

Debido a esto, una posible interpretación de este nuevo trabajo es que la materia cae en un agujero negro y luego «rebota», disparando la masa a través del cosmos. Debido a que el tiempo es muy lento cerca del centro de un agujero negro, ese proceso simplemente toma una enorme cantidad de tiempo.

Si los investigadores tienen razón, en un futuro muy lejano, donde hayan agujeros negros, la materia estallará, esparciendo la materia por todo el cosmos.

Como siempre en la ciencia teórica, hay muchas ideas interesantes y provocativas que simplemente no son ciertas, y esta puede ser una de ellas. Por lo tanto, es importante ver si hay apoyo experimental para ideas teóricas como estas.

Los estudios científicos han sido publicados en Physical Review Letters y Physical Review D.