Un nuevo estudio sugiere que los agujeros negros podrían no ser las entidades sin características ni estructura que Einstein describió. teoría general de la relatividad predice que lo serán. En cambio, los monstruos cósmicos podrían ser extraños objetos cuánticos conocidos como «estrellas congeladas».
Si bien estos compartirían algunas similitudes con agujeros negroslos cuerpos celestes hipotéticos difieren en aspectos cruciales que podrían resolver la infame paradoja de la radiación de Hawking (nombrada en honor al difunto físico Stephen Hawking, quien propuso el fenómeno). Esta paradoja surge porque la radiación teórica emitida por el horizonte de sucesos de un agujero negro aparentemente no contiene información sobre la materia que formó el agujero negro, lo que contradice un principio fundamental de la teoría de la radiación. mecánica cuántica afirmando que la información no puede ser destruida.
Además, a diferencia de los agujeros negros convencionales, no se espera que las estrellas congeladas alberguen una singularidad (un punto de densidad infinita en sus centros), lo que resuelve otra contradicción entre la imagen clásica de los agujeros negros y la regla general de la física de que Los infinitos no pueden existir en la naturalezaCuando aparecen infinitos en una teoría, generalmente esto indica las limitaciones de la teoría.
«Las estrellas congeladas son un tipo de imitadores de agujeros negros: objetos astrofísicos ultracompactos que están libres de singularidades, carecen de horizonte, pero aún así pueden imitar todas las propiedades observables de los agujeros negros». Ramy Brusteinprofesor de física en la Universidad Ben-Gurion de Israel, a Live Science en un correo electrónico. «Si realmente existen, indicarían la necesidad de modificar de manera significativa y fundamental la teoría de la relatividad general de Einstein».
Brustein es el autor principal de un estudio que describe la teoría de la estrella congelada, publicado en julio en la revista Revisión física D.
Resolviendo la paradoja
El modelo clásico de un agujero negro, descrito por primera vez por Karl Schwarzschild en 1916, describe a los agujeros negros como poseedores de dos características clave: una singularidad donde se concentra toda la masa y un horizonte de sucesos, un límite del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.
Sin embargo, este modelo se enfrenta a un serio problema cuando se introduce la mecánica cuántica. En la década de 1970, Stephen Hawking descubrió que los efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos deberían conducir a la creación de partículas a partir del vacío del espacio, un proceso conocido como radiación de Hawking. Esta radiación haría que el agujero negro perdiera masa gradualmente y eventualmente se evaporará por completo.
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La paradoja surge porque esta radiación parece no llevar información sobre la materia que originalmente formó el agujero negro. Si el agujero negro se evapora por completo, esta información parece perderse para siempre, violando los principios de la mecánica cuántica, que dictan que la información debe conservarse. Esta contradicción se conoce como la paradoja de la pérdida de información y ha sido uno de los desafíos más importantes de la física teórica.
En su nuevo estudio, Brustein y sus coautores AJM Medved de la Universidad de Rhodes y Tamar Simhon Los investigadores de la Universidad Ben-Gurion realizaron un análisis teórico detallado del modelo de estrellas congeladas y descubrieron que resuelve las paradojas del modelo tradicional porque carece tanto de horizonte como de singularidad.
Los autores descubrieron que si los agujeros negros son en realidad objetos muy compactos compuestos de materia ultrarrígida cuyas propiedades están inspiradas en la teoría de cuerdas, el principal candidato para la teoría de gravedad cuánticano colapsan en puntos infinitamente densos y tienen un tamaño ligeramente mayor que el horizonte de sucesos convencional, lo que impide que este último se forme.
«Hemos demostrado cómo las estrellas congeladas se comportan como absorbentes (casi) perfectos a pesar de carecer de horizonte y actúan como una fuente de ondas gravitacionales«, dijo Brustein, señalando que estos objetos pueden absorber casi todo lo que cae sobre ellos, de manera muy similar a los agujeros negros. «Además, generan la misma geometría externa que la de un modelo convencional de agujeros negros y reproducen sus propiedades termodinámicas convencionales».
Poniendo a prueba la hipótesis de la estrella congelada
Si bien el modelo de estrella congelada presenta una solución potencial a las paradojas asociadas con los agujeros negros tradicionales, los científicos aún necesitan probarlo experimentalmente.
Pero a diferencia de los agujeros negros convencionales, se espera que las estrellas congeladas tengan una estructura interna, aunque con propiedades extrañas dictadas por la gravedad cuántica. Esto allana el camino para discriminar observacionalmente entre los dos. La evidencia podría estar presente en las ondas gravitacionales -ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo- generadas durante fusiones de agujeros negros.
«Es en estos casos cuando las distinciones serían más pronunciadas», explicó Brustein.
El equipo aún tiene que determinar exactamente cómo sería la estructura interna de una estrella congelada y en qué se diferenciaría de otros objetos cósmicos extremos como las estrellas de neutrones, pero es posible, dijo Brustein. A partir de ahí, podrían analizar datos de observatorios de ondas gravitacionales existentes y futuros, porque las ondas gravitacionales emitidas durante las fusiones son extremadamente potentes y pueden transportar información sobre la estructura de estos objetos ultracompactos.
«El descubrimiento de cualquiera de las predicciones del modelo de estrella congelada tendrá un impacto revolucionario», afirmó Brustein.
