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| El conflicto entre la relatividad y la teoría cuántica conduce a la paradoja del cortafuegos. Crédito: Jeremy Perkins / Unsplash |
Escalarización espontánea de un agujero negro inducido por el espín
La relatividad general es una teoría matemática profundamente compleja, pero su descripción de los agujeros negros es sorprendentemente sencilla. Un agujero negro estable puede describirse con sólo tres propiedades: su masa, su carga eléctrica y su rotación o giro. Como los agujeros negros no suelen tener mucha carga, en realidad sólo se necesitan dos propiedades. Si se conoce la masa y el giro de un agujero negro, se sabe todo lo que hay que saber sobre él.
Esta propiedad se resume a menudo con el teorema del no-pelo. En concreto, el teorema afirma que una vez que la materia cae en un agujero negro, la única característica que permanece es la masa. Se podría hacer un agujero negro con el hidrógeno de un Sol, con sillas o con esos viejos ejemplares de National Geographic del desván de la abuela, y no habría ninguna diferencia. La masa es la masa en lo que respecta a la relatividad general. En todos los casos, el horizonte de sucesos de un agujero negro es perfectamente liso, sin características adicionales. Como dijo Jacob Bekenstein, los agujeros negros no tienen pelo.
Pero con todo su poder de predicción, la relatividad general tiene un problema con la teoría cuántica. Esto es especialmente cierto en el caso de los agujeros negros. Si el teorema del no pelo es correcto, la información contenida en un objeto se destruye cuando cruza el horizonte de sucesos. La teoría cuántica dice que la información nunca puede ser destruida. Así que la teoría válida de la gravedad se contradice con la teoría válida de los cuantos. Esto lleva a problemas como la paradoja del cortafuegos, que no puede decidir si un horizonte de sucesos debe ser caliente o frío.
Se han propuesto varias teorías para resolver esta contradicción, a menudo con extensiones de la relatividad. Pero la diferencia entre la relatividad estándar y estas teorías modificadas solo puede verse en situaciones extremas, lo que dificulta su estudio observacional. Pero un artículo publicado en Physical Review Letters muestra cómo podrían estudiarse a través del giro de un agujero negro.
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| La temperatura de una habitación es un ejemplo de campo escalar. Crédito: Lucas Vieira |
Muchas teorías de la relatividad modificada tienen un parámetro extra que no se ve en la teoría estándar. Conocido como campo escalar sin masa, permite que el modelo de Einstein se conecte con la teoría cuántica de una manera que no es contradictoria. En este nuevo trabajo, el equipo analizó cómo dicho campo escalar se conecta con la rotación de un agujero negro. Descubrieron que, a bajas rotaciones, un agujero negro modificado es indistinguible del modelo estándar, pero a altas rotaciones el campo escalar permite que un agujero negro tenga características adicionales. En otras palabras, en estos modelos alternativos, los agujeros negros de rotación rápida pueden tener pelo.
Los aspectos capilares de los agujeros negros en rotación sólo se verían cerca del propio horizonte de sucesos, pero también afectarían a los agujeros negros en fusión. Como señalan los autores, los futuros observatorios de ondas gravitacionales deberían poder utilizar los agujeros negros que giran rápidamente para determinar si una alternativa a la relatividad general es válida.
La teoría de la relatividad general de Einstein ha superado todos los desafíos observacionales hasta ahora, pero es probable que se rompa en los entornos más extremos del universo. Estudios como éste muestran cómo podríamos descubrir la teoría que viene después.
Fuentes, créditos y referencias:
Referencia: "Spin-Induced Black Hole Spontaneous Scalarization" de Alexandru Dima, Enrico Barausse, Nicola Franchini y Thomas P. Sotiriou, 1 de diciembre de 2020, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.231101
Publicado originalmente en Universe Today.