Investigadores de la Universidad Ben-Gurion sugieren que los agujeros negros son estrellas congeladas, objetos cuánticos sin singularidades, según un estudio en Physical Review D.
Teoría israelí plantea nueva naturaleza de los agujeros negros
Un equipo de físicos de la Universidad Ben-Gurion en Israel, liderado por Ram Brustein, publicó un estudio en la revista Physical Review D que propone que los agujeros negros podrían no ser lo que la física tradicional describe. En lugar de regiones con singularidades y horizontes de sucesos, los investigadores sugieren que estos objetos son estrellas congeladas, entidades ultracompactas que combinan principios de la relatividad general y la mecánica cuántica. La teoría busca resolver problemas de larga data, como la paradoja de la pérdida de información planteada por Stephen Hawking en la década de 1970.
Las estrellas congeladas, según el modelo, son objetos compuestos de materia extremadamente densa que no colapsa en una singularidad, un punto donde la densidad y la curvatura del espacio-tiempo se vuelven infinitas. A diferencia de los agujeros negros tradicionales, estas entidades carecen de un horizonte de sucesos, la frontera que impide que la luz y la materia escapen. Este enfoque elimina las contradicciones entre la relatividad general de Albert Einstein, que describe la gravedad como una deformación del espacio-tiempo, y la mecánica cuántica, que rige el comportamiento de las partículas subatómicas.
El estudio se basa en conceptos de la teoría de cuerdas, que postula que las partículas fundamentales son vibraciones unidimensionales. Los autores modelaron las estrellas congeladas como objetos con propiedades cuánticas que permiten que la información no se pierda, abordando así la paradoja de Hawking. Este enigma surge porque la radiación emitida por los agujeros negros, conocida como radiación de Hawking, implica que la información sobre la materia absorbida podría desvanecerse, algo que contradice los principios cuánticos de conservación de la información.
Brustein explicó: “Las estrellas congeladas son objetos muy similares a los agujeros negros, pero sin sus características inconvenientes, como la singularidad y el horizonte de sucesos”. La teoría propone que estos objetos son tan densos que el tiempo en su superficie parece detenerse para un observador externo, pero su estructura interna sigue dinámica, lo que permite modelar su comportamiento con mayor precisión.
Datos clave sobre la teoría de las estrellas congeladas
- Publicación: El estudio apareció en Physical Review D en septiembre de 2024.
- Institución: Universidad Ben-Gurion, Israel, liderada por Ram Brustein.
- Problema resuelto: La paradoja de la pérdida de información de Stephen Hawking.
- Base teórica: Combina relatividad general, mecánica cuántica y teoría de cuerdas.
- Característica principal: Estrellas congeladas carecen de singularidades y horizontes de sucesos.
Impacto en la relatividad general y la mecánica cuántica
La propuesta de las estrellas congeladas implica que la Teoría de la Relatividad general de Einstein podría requerir modificaciones significativas. Esta teoría, publicada en 1915, describe la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía. Las ecuaciones de Einstein predicen la existencia de agujeros negros, formalizados por Karl Schwarzschild en 1916, quien resolvió las ecuaciones para un objeto cuya gravedad impide que la luz escape. Sin embargo, las singularidades previstas por estas soluciones generan problemas teóricos, ya que las leyes físicas conocidas no se aplican en esos puntos.
El modelo de las estrellas congeladas elimina la necesidad de singularidades al proponer que la materia se estabiliza en un estado cuántico ultrarrígido. Esto permite que las partículas escapen gradualmente, preservando la información. La ausencia de un horizonte de sucesos también resuelve tensiones con la mecánica cuántica, que sostiene que la información nunca se destruye. Los investigadores sostienen que las observaciones del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), que capturó imágenes de los agujeros negros M87 en 2019 y Sgr A en 2022, podrían ser compatibles con este modelo, aunque se necesitan pruebas adicionales.
El equipo de Ben-Gurion trabaja en predicciones verificables experimentalmente. Brustein afirmó: “Podemos hacer predicciones basadas en este modelo que se pueden probar”. Los científicos exploran cómo las estrellas congeladas podrían diferir de otros objetos compactos, como las estrellas de neutrones, que son restos estelares densos mantenidos por la presión de los neutrones. A diferencia de estas, las estrellas congeladas tendrían propiedades cuánticas más exóticas, derivadas de su estructura inspirada en la teoría de cuerdas.
La comunidad científica ha recibido la teoría con interés, pero también con cautela. Los expertos destacan que las observaciones directas de agujeros negros, como las realizadas por el EHT, confirman aspectos de la relatividad general. Por ejemplo, las imágenes de M87 y Sgr A muestran un anillo de luz alrededor de una sombra central, consistente con la presencia de un horizonte de sucesos. Sin embargo, los autores del estudio argumentan que las estrellas congeladas podrían producir efectos similares, lo que requiere análisis más detallados de los datos.
Contexto histórico y desafíos de la astrofísica moderna
La idea de los agujeros negros surgió con la solución de Schwarzschild a las ecuaciones de Einstein, pero no fue hasta la década de 1960 que los físicos, como John Wheeler, aceptaron su existencia. Inicialmente, Einstein dudaba de que estos objetos pudieran formarse en la naturaleza. Las evidencias observacionales, como las de Cygnus X-1 en 1971, que mostró rayos X emitidos por materia comprimida cerca de un objeto masivo, consolidaron su aceptación. Hoy, los agujeros negros son clave en la astrofísica, con masas que varían desde pocas veces la del Sol hasta miles de millones de masas solares, como el encontrado por Omar López-Cruz en 2014.
La paradoja de Hawking, formulada en 1976, marcó un punto de inflexión al mostrar que los agujeros negros emiten radiación debido a efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos. Esto implica que los agujeros negros pueden evaporarse, lo que plantea la pregunta de qué sucede con la información atrapada. La teoría de las estrellas congeladas aborda este problema al eliminar el horizonte de sucesos, permitiendo que la información escape sin violar los principios cuánticos.
Otros intentos de resolver la paradoja incluyen el concepto de pelo cuántico, propuesto por Xavier Calmet en 2022, que sugiere que los agujeros negros conservan información en su campo gravitacional. Sin embargo, el modelo de las estrellas congeladas va más allá al redefinir la naturaleza misma de estos objetos. Los investigadores de Ben-Gurion también exploran cómo su modelo podría aplicarse a fenómenos como las ondas gravitacionales, detectadas por primera vez en 2015 por el proyecto LIGO, que confirmaron la fusión de agujeros negros.
La astrofísica moderna enfrenta el desafío de unificar la relatividad general y la mecánica cuántica, dos teorías incompatibles en contextos extremos como los agujeros negros. La propuesta de las estrellas congeladas se suma a esfuerzos como la gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas, que buscan una teoría unificada. Aunque la hipótesis de Brustein es teórica, su potencial para generar predicciones comprobables la convierte en un paso significativo en este campo.