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Peligrosos agujeros negros 'desnudos' podrían estar escondidos en el universo

Imagen: © MARK GARLICK a través de Getty

Los agujeros negros son regiones de densidad infinita, conocidas como singularidad. Y de acuerdo con la física convencional, cada uno de estos devoradores de materia cósmica está bordeado por un horizonte de eventos, un límite donde una vez que caes, nunca sales.

¿Pero qué pasa si algunos agujeros negros están desnudos, sin esas fronteras por completo? Por lo que sabemos, las singularidades siempre están envueltas en horizontes de eventos, pero una mirada más detallada a las matemáticas de la relatividad general sugiere que no tiene por qué serel caso.

Si tales agujeros negros desnudos salpican el universo, una nueva investigación revela cómo podríamos ser capaces de detectar uno: mirando el anillo de luz que lo rodea.

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'El emperador no tiene ropa'

Los agujeros negros son una consecuencia de matemáticas de la teoría general de Einstein relatividad . Esas ecuaciones nos dicen que si un grupo de materia colapsa sobre sí mismo en un volumen demasiado pequeño, el gravedad de eso asunto seguirá encogiéndolo cada vez más pequeño hasta que se aplaste en un punto infinitamente pequeño. Ese punto se llama singularidad, y es una señal de que las matemáticas que estamos usando para describir el espacio-tiempo se están rompiendo por completo.

La atracción gravitacional de una singularidad es infinitamente fuerte. Los objetos pueden ser atraídos hacia la singularidad más rápido que la velocidad de la luz. Cerca de una singularidad, la física de la relatividad general ya no puede predecir la trayectoria futura de las partículas, que es una de laspuntos principales de la física. Sin el poder de hacer predicciones, la física se desmorona.

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Afortunadamente, hasta donde sabemos, todas las singularidades están envueltas en un horizonte de eventos. El horizonte de eventos es la distancia desde la singularidad donde la atracción gravitacional es lo suficientemente fuerte como para atraer cualquier cosa, el punto donde tendría que viajarmás rápido que la velocidad de la luz para escapar. Eso es lo que hace que un agujero negro sea negro, ni siquiera la luz puede escapar de ellos.

Desde que descubrimos por primera vez la existencia de agujeros negros, nos hemos preguntado si es posible formar una singularidad sin el horizonte de eventos asociado, la llamada singularidad "desnuda". Este sería un lugar muy peligroso, porquesería un lugar donde las leyes de la física se rompen y que es completamente accesible para el resto del universo. Al menos con un agujero negro tradicional, la singularidad está envuelta de manera segura debajo de un horizonte de eventos, por lo que aunque es un lugar de extremos y desconocidosfísica, al menos todo lo que suceda allí está encerrado lejos del resto del cosmos.

Torciendo un punto

Si existen singularidades desnudas, ciertamente no son comunes. Solo conocemos una forma confirmada de formar singularidades, y es cuando una estrella gigante se queda sin combustible y colapsa sobre sí misma. Cuando eso sucede, la singularidad naturalmente obtiene unhorizonte de eventos.

La presencia de una singularidad desnuda es tan preocupante para los físicos que han conjeturado que quizás la naturaleza no les permita existir en absoluto, pero hasta ahora no tenemos ninguna prueba de esa idea.

Podría ser posible formar singularidades desnudas, aunque solo en las condiciones más extremas. Si un agujero negro está girando, puede formar un segundo horizonte de eventos, ubicado dentro del primero. Cuanto más rápido gire un agujero negro, más cerca estarán estos eventos.los horizontes llegan entre sí. Si gira lo suficientemente rápido, el matemáticas predice que los horizontes de eventos pueden "cancelarse" la física real es, por supuesto, mucho más complicada, pero entiendes la idea y revelar una singularidad desnuda.

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Hasta ahora, no hemos identificado ningún agujero negro que gire lo suficientemente rápido como para exponer posiblemente sus singularidades, pero de lo contrario, generalmente no tenemos forma de determinar si un objeto astrofísico aleatorio es un agujero negro regular o una singularidad desnuda. La imagen proporcionada por elEvent Horizon Telescope es una excepción, por supuesto, pero no tenemos muchas imágenes como esa.

Marcando la diferencia

Un físico teórico tomó este desafío de frente al estudiar si una singularidad desnuda podría revelarse de otras maneras, especialmente si está rodeada por un anillo de material, como se informa en un artículo publicado el 12 de noviembre en el servidor de la revista preprint arXiv . Este anillo, llamado disco de acreción, es una característica común alrededor de los agujeros negros y singularidades potencialmente desnudas. Cuando el gas y el polvo caen sobre un objeto denso y compacto, ese material se aplana en un disco antes de canalizarse completamente hacia abajo.Este disco puede ser increíblemente brillante, delatando la existencia de un agujero negro de hecho, así es como sabemos de la existencia de la gran mayoría de los agujeros negros del universo.

La mayoría de los estudios teóricos de singularidades desnudas han asumido que el objeto existe de forma aislada, lo que no es cierto en el universo real. En el nuevo trabajo, el teórico examinó la situación compleja en su totalidad y encontró un resultado sorprendente.

El disco de acreción no está completamente separado del agujero negro o singularidad desnuda. El disco en sí tiene su propia atracción gravitacional y puede torcer y distorsionar el objeto compacto en el centro. Esta distorsión a su vez afecta el entorno gravitacional alrededorel objeto, alterando sutilmente la trayectoria del material girando hacia adentro.

El teórico descubrió que una singularidad desnuda se comporta un poco diferente a un agujero negro normal - el disco de acreción alrededor de una singularidad desnuda puede ser mucho, mucho más brillante que alrededor de un agujero negro. Hasta ahora, nuestros telescopios no tienen elsensibilidad para notar la diferencia, los instrumentos futuros podrían; quizás una versión actualizada del Event Horizon Telescope haría el truco.

Encontrar una singularidad desnuda en la naturaleza sería una gran revelación en física. Podríamos señalar un lugar en el cielo donde sabemos que nuestro conocimiento se rompe. Estudios más detallados del entorno alrededor de una singularidad desnuda confirmadadivulgaría algunos de los misterios más profundos del universo.

Publicado originalmente en Rhythm89.