Los físicos han descubierto un extraño giro del espacio-tiempo que puede imitar a los agujeros negros, siempre que no te acerques demasiado. Conocidos como «habituales topológicos», estos nudos teóricos en la estructura del espacio-tiempo pueden estar ocultos en todo el universo, y encontrarlos podría mejorar nuestra comprensión de la física cuántica, según un nuevo estudio publicado el 25 de abril en la revista. Revisión física D (se abre en una nueva pestaña).
Agujeros negros son quizás el objeto más frustrante jamás descubierto por la ciencia. La teoría general de la relatividad de Einstein predice su existencia, y los astrónomos saben cómo se forman: todo lo que se necesita es que una estrella masiva colapse por su propio peso. Sin otra fuerza disponible para resistirla, la gravedad sigue tirando hasta que todo el material de la estrella se comprime en un punto infinitesimalmente pequeño, conocido como singularidad. Alrededor de esa singularidad hay un horizonte de eventos, un límite invisible que marca el borde del agujero negro. Cualquier cosa que cruce el horizonte de sucesos nunca podrá salir.
Pero el principal problema es que los puntos de densidad infinita en realidad no pueden existir. Entonces mientras relatividad general predice la existencia de agujeros negros, y hemos encontrado muchos objetos astronómicos que se comportan exactamente como predijo la teoría de Einstein, sabemos que aún no tenemos la imagen completa. Sabemos que la singularidad tiene que ser reemplazada por algo más razonable, pero no sabemos qué es ese algo.
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Resolver esto requiere una comprensión de la gravedad extremadamente fuerte a escalas extremadamente pequeñas, algo que se llama gravedad cuántica. Hasta la fecha, no tenemos una teoría cuántica válida de la gravedad, pero tenemos varias candidatas. Uno de esos candidatos es teoria de las cuerdasun modelo que sugiere que todas las partículas que componen nuestro universo en realidad están formadas por diminutas cuerdas que vibran.
Para explicar la amplia variedad de partículas que habitan nuestro universo, esas cuerdas no pueden simplemente vibrar en las tres dimensiones espaciales habituales. La teoría de cuerdas predice la existencia de dimensiones adicionales, todas enrolladas sobre sí mismas en una escala increíblemente pequeña, tan pequeña que no podemos decir que esas dimensiones existan.
Y ese acto de enrollar dimensiones espaciales adicionales en escalas increíblemente pequeñas puede conducir a objetos muy interesantes.
En el nuevo estudio, los investigadores propusieron que estas dimensiones extracompactas podrían dar lugar a defectos. Como una raya que no puedes quitarte de la camisa por mucho que la planches, estos defectos serían imperfecciones estables y permanentes en la estructura del espacio-tiempo: un solitón topológico. Los físicos han sugerido que estos solitones se verían, actuarían y probablemente olerían como agujeros negros.
Los investigadores estudiaron cómo se comportarían los rayos de luz cuando pasan cerca de uno de estos solitones. Descubrieron que los solitones afectarían la luz casi de la misma manera que lo haría un agujero negro. La luz se doblaría alrededor de los solitones y formaría anillos orbitales estables, y los solitones proyectarían sombras. En otras palabras, el imágenes famosas del Event Horizon Telescopeese agujero negro ampliado M87* en 2019, se vería casi exactamente igual si los solitones, en lugar de un agujero negro, estuvieran en el centro de la imagen.
Pero de cerca el mimetismo terminaría. Los solitones topológicos no son singularidades, por lo que no tienen horizontes de eventos. Puede acercarse tanto como quiera a un solitón y siempre puede alejarse si lo desea (siempre que haya empacado suficiente combustible).
Desafortunadamente, no tenemos agujeros negros lo suficientemente cerca como para excavar en ellos, por lo que solo podemos confiar en las observaciones de objetos distantes. Si alguna vez se descubren los solitones topológicos, la revelación no solo sería una importante comprensión de la naturaleza de la gravedad, sino que también nos permitiría estudiar directamente la naturaleza de la gravedad cuántica y la teoría de cuerdas.
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