La nueva teoría de la física sugiere que los agujeros negros son la clave de los ciclos de expansión y contracción del universo

El universo se está expandiendo. Nadie con experiencia en astronomía o física está en desacuerdo con este hecho.

Del mismo modo, nadie está realmente en desacuerdo con que, en algún momento dentro de muchos miles de millones de años en el futuro, el universo se expandirá. Muy lejos– y quedarse sin energía para una mayor expansión. En ese momento algo tiene que cambiar. Ahí es donde comienza el desacuerdo.

Hay una nueva arruga en ese argumento cosmológico, y es estúpido. De acuerdo a un nuevo estudio por los cosmólogos Daniela Pérez y Gustavo Romero, ambos del Instituto Argentino de Radioastronomía, el universo se ha estado expandiendo y contrayendo repetidamente y los grandes agujeros negros son algunas de las únicas cosas que han sobrevivido a estos ciclos interminables de destrucción y renovación. Estos ciclos son parte de lo que los cosmólogos llaman un posible «rebote cosmológico».

Un modelo matemático de un agujero negro teórico es la pieza central del estudio revisado por pares de Pérez y Romero, publicado el mes pasado en la revista científica Revisión física D.

«Nuestro principal hallazgo es que la solución representa un agujero negro dinámico que existe en todas las épocas del patrón cosmológico de rebote», escribieron.

En otras palabras, el agujero negro de Peérez y Romero sobrevivió incluso cuando todo lo que lo rodeaba desapareció cuando el universo colapsó en su camino hacia un eventual rebote.

Es un descubrimiento convincente. La cuestión del papel de un agujero negro en un universo que rebota «es claramente interesante», dijo a The Daily Beast Leandros Perivolaropoulos, físico de la Universidad de Ioannina en Grecia que no participó en el estudio. con eso «.

Pero ojo: hay muchos supuestos inherentes al argumento de Peérez y Romero. Es posible que en el momento en que un universo salte de la contracción a la expansión, todas las reglas que guían nuestra comprensión de la física desaparezcan. Podríamos intentar sondear lo insondable.

«La misma relatividad general se rompe tanto en la singularidad del agujero negro como en la singularidad del rebote cosmológico», dijo Perivolaropoulos. «Entonces, cualquier conclusión basada en esto no puede tomarse en serio».

En otras palabras, en el momento en que el universo colapse a su tamaño más pequeño justo antes de recuperarse, la gravedad dejaría de funcionar normalmente. Esto es lo que queremos decir con singularidad: una excepción a las leyes de la física. No tenemos idea de cómo se comportaría un agujero negro cuando las reglas ya no se apliquen.

Los métodos de Peérez y Romero «tienen un gran potencial de mejora, por decirlo suavemente», añadió Perivolaropoulos.

Para ser claros, la idea subyacente de que el universo se expande y contrae repetidamente no es nueva. Un rebote cosmológico es una de varias teorías principales entre los cosmólogos que estudian el origen y el destino del universo.

De hecho, al menos un equipo de científicos incluso cree que nuestro universo de 13.700 millones de años está al final de su fase de expansión más reciente y podría empezar a negociar de nuevo en unos cien millones de años a un nuevo rebote en unos pocos miles de millones, o decenas de miles de millones, de años.

Las teorías alternativas sobre las formas en que el universo podría terminar incluyen ralentizar y congelar el universo, colapsar sobre sí mismo o girar en innumerables universos de bolsillo fragmentados. De todas las opciones, está claro por qué el rebote cosmológico está atrayendo mucho interés. Es una forma elegante de explicar algunas de las cosas más extrañas que vemos a nuestro alrededor en el espacio.

Por un lado, podría ayudar a explicar por qué, en un universo que está casi uniformemente vacío, tenemos estos extraños grupos de cosas dispersas. Galaxias. Estrellas. Planetas. Gente. Irregularidades en el espacio que son los subproductos de la expansión y contracción infinitas.

El rebote también podría dar sentido a los agujeros negros más grandes. En particular, las variedades «supermasivas» miles de millones de veces más masivas que nuestro sol que ejercen una fuerza gravitacional tan poderosa en el espacio circundante que ni siquiera la luz puede escapar.

Hasta ahora hemos identificado dos de estos agujeros negros masivos utilizando una nueva serie global de radiotelescopios llamada Telescopio de horizonte de sucesos. uno fue observado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. el otro era avistado en el corazón de Messier 87una galaxia a 54 millones de años luz de distancia.

Un agujero negro contiene lo más parecido a una singularidad, una excepción a las reglas físicas aceptadas, que podemos observar directamente con nuestros telescopios. En el corazón oscuro e increíblemente denso de un agujero negro, nuestra comprensión del universo se desmorona. Como dijo Perivolaropoulos.

Hay algo especial en un objeto tan grande y denso. Y ese algo especial podría ayudar a los agujeros negros más grandes a sobrevivir cada vez que el universo rebota y todo lo demás se compacta en una especie de pasta suave de materia y energía.

Su supervivencia podría ser crucial. Tal vez, solo tal vez, no sea casualidad que los agujeros negros resistan y mantengan su particular extrañeza, cuando todo a su alrededor se contrae en homogeneidad. Quizás los agujeros negros son una de las razones por las que el universo puede rebotar Hacia atrás después de una de sus contracciones cada 30 mil millones de años más o menos.

Según Pérez y Romero, hay razones para creer que los grandes agujeros negros, aún intactos después de un rebote cosmológico, ayudan a reconstruir el universo alimentando materia en el espacio y mezclando materia en expansión con su energía.

«Si los agujeros negros superan el rebote, pueden producir perturbaciones que darían lugar a la estructura y formación inicial de galaxias en la fase de expansión», escribieron. Los agujeros negros pueden actuar como motores de creación o recreación, si lo desea, ayudando a formar galaxias, estrellas y planetas en una galaxia que rebota.

Es una idea cautivadora. Sobre todo a la luz de otra teoría que está ganando credibilidad (paralela a la idea de un rebote cosmológico) de que hay agujeros negros supermasivos en el centro de cada galaxia. Todavía no los hemos encontrado a todos.

Para ser justos, Pérez y Romero no son los primeros cosmólogos en explorar la relación entre un universo en movimiento y grandes agujeros negros. Bernard Carr y Timothy Clifton de la Universidad Queen Mary de Londres, junto con Alan Coley de la Universidad Dalhousie en Canadá, he escrito sobre agujeros negros que han sobrevivido rebotes cosmológicos durante años. «La matemática que sugerimos es posible», dijo Coley a The Daily Beast.

La diferencia es que, en el modelo de Coley y sus coautores, los agujeros negros están incrustados en la estructura circundante del universo en contracción en lugar de estar contenidos dentro de él. Esto facilitaría la supervivencia de los agujeros negros incluso si las cosas dentro de la estructura del universo colapsan sobre sí mismas.

En el pensamiento de Pérez y Romero, los agujeros negros son en el interior estructura. «Están buscando un modelo ligeramente diferente», dijo Coley. En esta concepción del universo que rebota, los agujeros negros son aún más resistentes de lo que nadie había imaginado anteriormente y potencialmente más importantes para la nueva expansión del universo.

Si hay un peligro en el rincón de la cosmología que Pérez y Romero comparten con Coley y sus coautores, es que los datos concretos sobre universos que rebotan y agujeros negros supermasivos son bastante escasos. Nuestras sondas espaciales son pocas y distantes entre sí. Solo podemos ver hasta ahora con telescopios más antiguos.

Para manejar mejor un posible rebote cosmológico asistido por un agujero negro, necesitamos encontrar más agujeros negros. Especialmente los grandes en el centro de las galaxias. También necesitamos mejores mediciones de la radiación de fondo del universo. Una lectura fina de la radiación podría indicar ciclos de expansión y contracción.

La buena noticia es que estas observaciones pueden ser posibles pronto. El nuevo matriz BICEP, un conjunto de cuatro radiotelescopios en construcción en el Polo Sur, podría darnos buenas lecturas de radiación a partir de los próximos años. Y podemos esperar más imágenes (e incluso algunas películas) de grandes agujeros negros del Event Horizon Telescope.

Si los cosmólogos como Pérez, Romero y Coley comienzan a encontrar agujeros negros en todas partes y también registran los patrones de radiación reveladores de un universo que rebota, entonces es posible que debamos comenzar a hacer las paces con la idea de que todo lo que podemos ver e imaginar es mucho menos único que antes. pensamiento.

De hecho, podemos estar viviendo en la tercera, centésima o milésima versión del universo después de repetidos rebotes, cada uno alimentado en parte por agujeros negros cada vez más grandes.