La paradoja de la radiación de los agujeros negros de Stephen Hawking finalmente podría resolverse, si los agujeros negros no son lo que parecen
Una nueva investigación sugiere que los agujeros negros pueden ser en realidad "estrellas congeladas", extraños objetos cuánticos que carecen de una singularidad y un horizonte de sucesos, lo que podría resolver algunas de las mayores paradojas de la física de los agujeros negros.
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Un nuevo estudio sugiere que los agujeros negros pueden no ser las entidades sin rasgos distintivos y sin estructura que la teoría general de la relatividad de Einstein predice que serán. En cambio, los monstruos cósmicos podrían ser extraños objetos cuánticos conocidos como "estrellas congeladas".
Si bien estos compartirían algunas similitudes con los agujeros negros, los hipotéticos cuerpos celestes difieren en aspectos cruciales que potencialmente podrían resolver la infame paradoja de la radiación de Hawking (llamada así por el fallecido 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 mecánica cuántica que afirma que la información no puede destruirse.
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 ser infinitos. existen en la naturaleza. Cuando aparecen infinitos en una teoría, normalmente 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 que aún así pueden imitar todas las propiedades observables de los agujeros negros", Ramy Brustein, un profesor de física en la Universidad Ben-Gurion en Israel, dijo a WordsSideKick.com 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 Physical Review D.
Resolviendo la paradoja
El modelo clásico de agujero negro, descrito por primera vez por Karl Schwarzschild en 1916, describe los agujeros negros con dos características clave: una singularidad donde se concentra toda la masa y un horizonte de sucesos, un límite del que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. .
Sin embargo, este modelo encuentra 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 evaporara por completo.
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La paradoja surge porque esta radiación parece no contener información sobre la materia que formó originalmente 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 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 A.J.M. Medved de la Universidad de Rhodes y Tamar Simhon 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 y una singularidad.
Los autores descubrieron que si bien los agujeros negros son en realidad objetos muy compactos compuestos de materia ultrarrígida cuyas propiedades están inspiradas en la teoría de cuerdas, la principal candidata a la teoría de la gravedad cuántica, no colapsan en formaciones infinitamente densas. puntos, y tienen un tamaño ligeramente mayor que el horizonte de sucesos convencional, impidiendo que este último se forme.
"Hemos demostrado cómo las estrellas congeladas se comportan como absorbentes (casi) perfectos, aunque carecen de horizonte y actúan como fuente de ondas gravitacionales", dijo Brustein, señalando que estos objetos pueden absorber casi todo lo que cae sobre ellos. , muy parecido a los agujeros negros. "Además, obtienen la misma geometría externa que la de un modelo convencional de agujeros negros y reproducen sus propiedades termodinámicas convencionales".
Probando 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 (ondas en el tejido del espacio-tiempo) generadas durante las fusiones de agujeros negros.
"Aquí es cuando las distinciones serían más pronunciadas", explicó Brustein.
El equipo todavía necesita 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 poderosas 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.