Eduardo Martínez de la FeUn equipo internacional de científicos ha descubierto que los agujeros negros pueden desarrollar estructuras similares a pelos adicionales cuando giran lo suficientemente rápido, un descubrimiento que podría introducir una nueva perspectiva sobre el comportamiento de los agujeros negros.
Un agujero negro es una región del espacio-tiempo con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Que tenga o no pelos es una metáfora. Se refiere a la posibilidad de que haya o no perdido la memoria de su pasado: tiene pelos si conserva información, es calvo si la ha perdido.
Fue el físico norteamericano John Archibald Wheeler quien habló en 1973 de que los agujeros negros eran calvos: están en reposo y no tienen rasgos específicos que permitan describirlos.
Solo perduran con los tres elementos clave que permiten reconocerlos externamente: la masa, su carga eléctrica y su momento angular.
Cuando esto ocurre, toda la materia que constituye al agujero negro ha desaparecido y solo queda un pozo sin fondo que es inaccesible a un observador externo.
Pueden tener pelo
En consecuencia, hasta ahora se ha pensado que los agujeros negros estaban completamente caracterizados por solo dos cantidades, masa y espín (momento angular o cinético).
Sin embargo, en los últimos años, varios físicos han estado investigando si los agujeros negros pueden tener estructuras adicionales, lo que revelaría la existencia de nuevos campos fundamentales de la física.
En 2013, investigadores de Italia y otros países, liderados por Thomas Sotiriou, publicaron el primer artículo que cuestionaba el paradigma de que los agujeros negros eran calvos. Pueden tener pelo, decían entonces.
Una nueva investigación, en la que han participado científicos de la Universidad de Nottingham (UK), del Instituto de Física Fundamental de Trieste (Italia), del CNRS y de la Universidad de la Sorbona (ambos de Francia), consolida esta conclusión.
Simulaciones informáticas
Usando simulaciones informáticas, ha comprobado lo que se anticipaba en 2013: en determinadas condiciones, los agujeros negros pueden tener pelo. Sus resultados se han publicado en Physical Review Letters.
Alexandru Dima, primer autor de este segundo artículo, explica al respecto en un comunicado: “en nuestro trabajo hemos considerado una amplia clase de extensiones de la teoría de la gravedad de Einstein que hacen predicciones interesantes en regímenes extremos, como los que ocurren alrededor de los agujeros negros o de las estrellas de neutrones.”
Y añade: “aunque estudios anteriores ya han proporcionado ejemplos de soluciones de agujeros negros peludos, hemos demostrado por primera vez, gracias a simulaciones informáticas, que los agujeros negros pueden hacer crecer espontáneamente la forma más simple de cabello permanente (un campo escalar) una vez empiezan a girar lo suficientemente rápido».
Cómo crece el pelo
Los investigadores también describen la forma en que la rotación controla el mecanismo de crecimiento del cabello.
En la teoría de la gravedad de Einstein y en muchas de sus extensiones, los teoremas matemáticos aseguran que los agujeros negros no pueden conservar el pelo: pierden esa información a través de la emisión de ondas gravitacionales.
Según la nueva investigación, una vez que el agujero negro comienza a girar más rápido que un cierto umbral, el pelo crece espontáneamente, lo que le da al agujero negro características novedosas.
Considera que las ondas gravitacionales que, supuestamente, dejaban calvos a los agujeros negros, son diferentes de lo que se pensaba hasta ahora: su comportamiento depende de la velocidad de rotación de los objetos involucrados.
¿Nueva física?
La aportación tiene implicaciones teóricas significativas: incorpora nuevos elementos a posibles extensiones de la Relatividad General para componer una teoría cuantificada de la gravedad o para resolver cuestiones pendientes de la física gravitacional, como la energía o la materia oscuras.
Los investigadores consideran que nuevos experimentos con ondas gravitacionales pueden confirmar o desmentir este efecto crecepelo de las ondas gravitacionales sobre los agujeros negros, y también descubrir eventualmente indicios de nueva física más allá de la Relatividad General.
“Nuestros resultados demuestran que la nueva física puede ser bastante esquiva y solo aparece cuando se observa con atención el tipo correcto de agujero negro”, concluye Thomas Sotiriou.
Referencia
Spin-Induced Black Hole Spontaneous Scalarization. Alexandru Dima et al. Phys. Rev. Lett. 125, 231101, 1 December 2020. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.231101
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