Cruzando el Horizonte de Sucesos con la Gravedad Cuántica de Bucles

Por: Dr. Olivier Alirol, Investigador de Resonance Science Foundation

Los agujeros negros son los objetos más poderosos conocidos en el Universo. Y, sin embargo, su física aún está por descubrir. Por ejemplo, la materia que colapsa podría no desaparecer en su centro. Podría rebotar en su interior y, la energía y la información que cayeron en el agujero negro podrían emerger del agujero blanco. Hawking sugirió en su día utilizar estos objetos como central eléctrica mundial. "Un agujero negro del tamaño de una montaña emitiría rayos X y gamma a un ritmo de unos 10 millones de megavatios, suficiente para alimentar el suministro eléctrico mundial. Sin embargo, no sería fácil aprovechar un mini agujero negro. Tú no lo podrías guardar en una central eléctrica, porque se caería por el suelo y acabaría en el centro de la Tierra". Los agujeros negros son sorprendentes singularidades que son ventanas a la física más allá de Einstein y todavía no hay respuestas completas sobre cómo funcionan realmente.

Una cuestión importante es cómo funciona la gravedad a nivel cuántico. Por ejemplo, para un agujero negro que se evapora, la singularidad persiste como parte del límite futuro del espacio-tiempo incluso después de que el agujero negro haya desaparecido por completo. Aunque esta persistencia no se basa en un cálculo detallado, este paradigma sigue siendo muy utilizado. Un enfoque interesante se basa en la correspondencia AdS/CFT. Esta afirmación sostiene que la física de cuatro dimensiones está relacionada con la física de cinco dimensiones, una teoría holográfica que codifica una imagen de cinco dimensiones de un universo de cuatro dimensiones.

Un equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania ha demostrado que la gravedad cuántica de bucles predice que el espacio-tiempo continúa a través del centro del agujero negro hacia una nueva región que existe en el futuro y tiene la geometría del interior de un agujero blanco. Para describirlo utilizaron un agujero negro de Kruskal que incorpora correcciones debidas a los efectos de la geometría cuántica de la gravedad cuántica de bucles. El espaciotiempo de Kruskal es un nuevo conjunto de coordenadas que resuelve el problema de la descripción dentro del agujero negro. De hecho, las coordenadas de Schwarzschild no logran describir la región dentro del horizonte de sucesos.  Las coordenadas de Kruskal se inventaron para cartografiar todo el espaciotiempo. Y también muestra que una masa puntual o un agujero negro no pueden formarse por colapso gravitatorio físico. En cambio, el colapso gravitatorio físico puede dar lugar a objetos calientes finitos cuasiestáticos que se acercan asintóticamente al punto crítico.

Para más información sobre las coordenadas de Kruskal, la conferencia de Susskind está disponible en línea:

A grandes rasgos, el fenómeno completo es análogo al rebote de una pelota. Una pelota cae al suelo, rebota y luego se mueve hacia arriba. El movimiento hacia arriba tras el rebote es la versión invertida en el tiempo de la pelota que cae. Del mismo modo, un agujero negro "rebota" y emerge como su versión invertida en el tiempo -  la definición de un agujero blanco.

La materia que colapsa no desaparece en el centro del agujero negro. Parece rebotar a través del agujero blanco. La energía y la información que cayeron en el agujero negro emergen del agujero blanco. La configuración donde la compresión es máxima, que separa el agujero negro del blanco, se llama "estrella de Planck". La existencia de estos objetos alivia la paradoja de la información del agujero negro. Y lo que es más interesante, estos objetos podrían tener interés astrofísico y cosmológico: estos producen una señal detectable, de origen gravitatorio cuántico, en torno a la longitud de onda de 10^-14 cm.

Más información sobre estos agujeros negros de Planck (estrellas de Planck):

Debido a la enorme distorsión del tiempo que permite la relatividad, el tiempo para que se produzca el proceso puede ser corto (microsegundos) cuando se mide desde el interior del agujero, pero largo (miles de millones de años) cuando se mide desde el exterior. Los agujeros negros podrían ser estrellas que rebotan vistas en cámara extremadamente lenta...

Más información en:

• Physics.aps.org: Viewpoint: Black Hole Evolution Traced Out with Loop Quantum Gravity
• Arxiv.org:  Quantum Transfiguration of Kruskal Black Holes