Los agujeros negros pueden no existir, pero las bolas de pelusa sí, según una teoría salvaje

Los agujeros negros son, con mucho, los objetos más misteriosos del universo. Son objetos del cosmos en los que todo nuestro conocimiento de la física se rompe por completo.

Y sin embargo, a pesar de su aparente imposibilidad, existen. Pero, ¿y si estos monstruos gravitacionales no son en absoluto agujeros negros, sino el equivalente cósmico de bolas de cuerda borrosas y vibrantes?

Una nueva investigación sugiere que podría ser así, y que con las próximas observaciones podríamos realmente ser capaces de verlos.

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El problema de los agujeros negros

Los agujeros negros aparecen en la teoría de la relatividad general de Einstein, y con todo derecho simplemente no deberían existir. En esa teoría, si un grupo de materia se comprime en un volumen lo suficientemente pequeño, la gravedad puede llegar a ser abrumadoramente fuerte. Esta insana compresión gravitatoria puede superar a cualquiera de las otras cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, como la fuerza nuclear fuerte que mantiene unido ese grupo de materia. Una vez que se alcanza un cierto umbral crítico, el grupo de materia se aprieta y se aprieta, comprimiéndose en un punto infinitamente pequeño.

Ese punto infinitamente pequeño se conoce como singularidad, y está rodeado por una superficie conocida como horizonte de sucesos, el lugar donde la atracción de la gravedad supera la velocidad de la luz.

Por supuesto, no existe un punto infinitamente pequeño, por lo que esta imagen parece errónea. Pero a mediados del siglo XX los astrónomos empezaron a encontrar objetos que parecían agujeros negros, actuaban como agujeros negros y probablemente también olían como agujeros negros. A pesar de su imposibilidad, ahí estaban, flotando por el universo.

Y ese no es el único problema. En 1976, el físico Stephen Hawking se dio cuenta de que los agujeros negros no son completamente negros. Debido a las rarezas de la mecánica cuántica, los agujeros negros se evaporan lentamente. Esto condujo a una paradoja: toda la información que cae en un agujero negro queda encerrada en su interior. Pero la radiación de Hawking no se lleva esa información (al menos, hasta donde sabemos). Así que cuando el agujero negro acaba evaporándose, ¿qué pasa con toda esa información?

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Una solución fibrosa

Durante décadas, los físicos teóricos se han esforzado por encontrar algo -cualquier cosa- para explicar los agujeros negros. Algo que explique la paradoja de la información y algo que sustituya a la singularidad con matemáticas que funcionen.

Entre esos teóricos están los que trabajan en la teoría de cuerdas, que es un modelo del universo que sustituye todas las partículas y fuerzas que te gustan por cuerdas subatómicas que vibran. En la teoría de cuerdas, estas cuerdas son los componentes fundamentales de la materia en el universo, pero no podemos verlas como cuerdas porque son muy pequeñas. Ah, y para que las matemáticas de la teoría de las cuerdas funcionen, debe haber dimensiones adicionales, todas ellas diminutas y enroscadas sobre sí mismas a escalas subatómicas, de modo que tampoco las vemos.

La teoría de las cuerdas pretende ser una teoría del todo, capaz de explicar cada tipo de partícula, cada tipo de fuerza y, básicamente, todo lo que hay en el universo (y, para completar, todo el universo en sí).

Así que la teoría de cuerdas debería ser capaz de explicar lo inexplicable: debería ser capaz de sustituir los agujeros negros por algo menos aterrador.

Y, de hecho, los teóricos de las cuerdas han propuesto un sustituto menos aterrador para los agujeros negros. Se llaman fuzzballs.

Desenredando el hilo

En la teoría de cuerdas, los agujeros negros no son ni negros ni agujeros. En su lugar, la mejor metáfora para explicar qué es una bola de pelusa es fijarse en otro objeto compacto y extraño del universo: las estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones son lo que ocurre cuando un objeto no tiene suficiente gravedad para comprimirse en lo que llamamos un agujero negro. En el interior de una estrella de neutrones, la materia se comprime en su estado de mayor densidad posible. Los neutrones son uno de los constituyentes fundamentales de los átomos, pero normalmente juegan con otras partículas como los protones y los electrones. Pero en una estrella de neutrones, ese tipo de camaradería atómica se rompe y se disuelve, dejando tras de sí sólo neutrones apiñados lo más estrechamente posible.

Con las fuzzballs, las cuerdas fundamentales dejan de funcionar juntas y simplemente se apiñan, convirtiéndose en una gran, bueno, bola de cuerdas. Una bola de pelusa.

Las bolas de pelusa no están completamente desarrolladas, ni siquiera en la teoría, porque, a pesar de lo genial que suena la teoría de las cuerdas, nadie ha sido capaz de llegar a una solución matemática completa para ella, por lo que las bolas de pelusa no son sólo difusas en la realidad física, sino también difusas en la posibilidad matemática.

Aún así, podríamos ser capaces de encontrar bolas de pelusa con los próximos estudios, como se describe en un artículo de revisión publicado el 27 de octubre en la revista de preimpresión arXiv. Estamos empezando a dejar de probar la existencia de los agujeros negros y a investigar los detalles de su comportamiento, y la mejor manera de hacerlo es a través de las ondas gravitacionales.

Cuando los agujeros negros colisionan y se fusionan, liberan un tsunami de ondas gravitacionales que recorren el cosmos y acaban llegando a nuestros detectores en la Tierra. En todas las docenas de fusiones de agujeros negros que hemos presenciado hasta ahora, la firma de las ondas gravitacionales es exactamente lo que la relatividad general predice que hacen los agujeros negros.

Pero futuros instrumentos, como el avanzado Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y la Antena Espacial del Interferómetro Láser (un proyecto de detector de ondas gravitacionales con base en el espacio), podrían tener la sensibilidad necesaria para diferenciar los agujeros negros normales de las bolas de pelusa fibrosa. Digo «podría» porque diferentes modelos de bolas de pelusa predicen diferentes variaciones del comportamiento estándar de los agujeros negros.

Si somos capaces de encontrar pruebas de la existencia de bolas de pelusa, no sólo se respondería a la pregunta de qué son realmente los agujeros negros, sino que se revelarían algunos de los fundamentos más profundos de la naturaleza.

Publicado originalmente en Live Science.