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¿Qué son los agujeros negros? | Un nuevo estudio puede revelar su verdadera naturaleza

octubre 12, 2021
  • Un nuevo estudio sugiere que los agujeros negros pueden ser simplemente estrellas con física exótica en sus núcleos.
  • Los núcleos pueden hacer que las «estrellas oscuras» irradien materia oscura al universo.
  • El estudio también puede explicar el origen de las ráfagas de radio rápidas.

    ¿Qué pasa si los agujeros negros, esos monstruos gravitacionales del cosmos que todo lo consumen, no son realmente negros en absoluto, o incluso agujeros, para el caso? En cambio, una nueva teoría sugiere que los agujeros negros pueden ser estrellas oscuras con corazones de materia exótica y extremadamente densa. Esto podría ayudar a explicar uno de los mayores misterios del universo: el origen y la naturaleza de la materia oscura.

    El universo es rudo. Exploremos juntos.

    Los agujeros negros son ejemplos de la vida real de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein llevada al extremo. Son lugares en el universo donde cantidades enormemente densas de materia estiran el tejido del espacio y el tiempo hasta su límite, formando un pozo gravitacional infinitamente profundo del que ni siquiera la luz puede escapar, de ahí el nombre de “agujero negro”.

    Los científicos creen que en el centro de cada agujero negro hay un punto infinitamente pequeño y denso llamado singularidad. La gravedad es tan fuerte en la singularidad que forma un horizonte de sucesos que la rodea, donde el tirón de la gravedad supera incluso la velocidad de la luz.

    En singularidades infinitamente pequeñas, las leyes de la física se rompen. Ahí es cuando dos campos de la física aparentemente opuestos, la mecánica cuántica (que describe lo súper pequeño) y la relatividad general (que describe lo muy grande), se encuentran cara a cara. Al estudiar la naturaleza de los agujeros negros, los investigadores esperan combinar los dos campos en una teoría unificada de la gravedad cuántica.

    ¿El problema? La singularidad parece ser físicamente imposible, porque la materia no es capaz de colapsar en un punto infinitamente pequeño.

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    Los físicos han esquivado hábilmente este problema al inventar sus propios agujeros negros libres de singularidad, a los que llaman «estrellas oscuras». Estas creaciones imaginativas parecen agujeros negros en el exterior, pero en el interior, contienen un núcleo de materia extremadamente (pero no infinitamente) denso comprimido a la escala más pequeña posible, o un «núcleo de Planck». Toma prestado su nombre de la increíblemente pequeña unidad fundamental de medida llamada longitud de Planck, que es del orden de 10 ^ -35 metros, o aproximadamente 100 billones de veces más pequeña que un protón.


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    Sin una singularidad en su centro, una estrella oscura teóricamente podría permitir que la luz escape de su poderosa garra gravitacional. Cualquier luz que escapara del agujero negro se estiraría como un rayo de la atracción gravitacional de la estrella oscura, un fenómeno observable que los científicos llaman desplazamiento al rojo.

    «En campos gravitacionales fuertes, [dark stars] comportarse de manera interesante ”, escribe el físico Igor Nikitin, del Instituto Fraunhofer de Algoritmos Científicos y Computación de Alemania, en su nuevo artículo, que aparece en el servidor de preimpresión arXiv:

    “En primer lugar, se borra el horizonte de eventos, típico de los agujeros negros reales. En cambio, se forma un pozo gravitacional profundo, donde los valores del corrimiento al rojo se vuelven enormemente grandes. Como resultado, para un observador externo, la estrella parece negra, como un agujero negro real «.

    Si este fenómeno existe, Nikitin dice que podría ayudar a explicar la verdadera naturaleza de la materia oscura.

    Los astrónomos descubrieron por primera vez la existencia de materia oscura cuando observaron que la rotación de las estrellas alrededor de las galaxias era demasiado rápida, dada la cantidad de materia que podían ver. Ahora sabemos que aproximadamente el 85 por ciento de la masa del universo es materia oscura que es completamente invisible para los humanos. Sin embargo, a pesar de saber que la materia oscura está ahí fuera, los científicos todavía no saben realmente de dónde viene.

    Según la investigación de Nikitin, si los agujeros negros contenían núcleos de Planck, podrían ser una fuente potencial de materia oscura. Su estudio sugiere que las estrellas oscuras podrían emitir continuamente una corriente de partículas en forma de materia oscura, lo suficiente para explicar la rápida rotación de las estrellas alrededor de las galaxias.

    «Una posibilidad más fascinante es que la materia oscura está compuesta de partículas conocidas, colocadas en una condición inusual», dice Nikitin.

    Las partículas podrían ser tan simples como partículas de luz, o fotones, que se han desplazado al rojo a longitudes de onda tan anchas que serían prácticamente invisibles para los radiotelescopios modernos, dice. «Es una longitud de onda extremadamente grande, alrededor de 4 días luz, 16 veces la distancia Sol-Plutón».

    La energía de estos fotones sería extremadamente pequeña, pero podrían ser lo suficientemente abundantes en número para explicar el inusual movimiento de las estrellas alrededor de sus galaxias.

    Nikitin también dice que su teoría podría explicar otro misterio sin resolver del cosmos: el origen de las ráfagas de radio rápidas (FRB).

    Los astrónomos descubrieron por primera vez estas poderosas ráfagas de ondas de radio de corta duración en 2007, pero su origen y naturaleza permanecen ocultos para los científicos. Si un objeto como un asteroide cayera en un núcleo de Planck, dice Nitkin, podría liberarse un destello de ondas de luz de alta energía. La poderosa gravedad de la estrella oscura desplazaría la luz hacia el rojo, creando un FRB aparente detectable en la Tierra.

    Aunque las estrellas oscuras podrían ayudar a resolver dos de los mayores misterios del universo, todavía hay una montaña de evidencia observacional que la idea de Nitkin debería explicar para reemplazar la teoría ampliamente aceptada de los agujeros negros. Sin embargo, su teoría muestra que el pensamiento innovador puede proporcionar soluciones creativas a problemas aparentemente imposibles.


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