En el núcleo de un agujero negro, conocido como la singularidad, las leyes físicas que rigen el universo dejan de ser aplicables. Al menos, esa es la afirmación de la relatividad general. Durante años, los teóricos han debatido sobre la existencia real de esta «zona prohibida» y han propuesto modelos que prescinden de singularidades. Un reciente estudio, publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) y coordinado por el Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU) de Trieste, revisa el estado actual de la cuestión, presenta dos alternativas de agujeros negros sin singularidad y traza un mapa de posibles pistas que podrían llevar, en el futuro, a una teoría de gravedad cuántica.
La singularidad y su significado
La relatividad general de Einstein permite la existencia de agujeros negros y establece que cualquier objeto que cruce el horizonte de sucesos es aplastado en la singularidad, el punto central donde las ecuaciones dejan de tener sentido. Si esta singularidad es real y no simplemente una «solución matemática extraña», esto sugeriría que la relatividad falla en condiciones extremas. Aunque se han acumulado pruebas sobre la existencia de agujeros negros, como la primera detección de ondas gravitacionales en 2015 y las imágenes del Event Horizon Telescope en 2019 y 2022, todavía no se ha aclarado qué ocurre en su centro. Para la comunidad científica, la singularidad representa una «bandera blanca»: un reconocimiento de que no sabemos qué sucede en su interior.
Explorando el misterio del núcleo y modelos alternativos
La física de un agujero negro solo puede describirse hasta cierta distancia de su centro. Más allá de ese punto, se sugiere que la gravedad debería mostrar efectos cuánticos que podrían «curar» la singularidad. Este cambio de paradigma naturalmente lleva a considerar modelos de agujeros negros que no presentan singularidades, que son precisamente los que se analizan en el nuevo estudio.
Los autores del estudio identifican tres categorías principales:
- Agujero negro estándar: el modelo clásico de la relatividad, que incluye singularidad y horizonte de sucesos.
- Agujero negro regular: mantiene el horizonte, pero elimina la singularidad.
- Imitador de agujero negro (mimicker): simula externamente un agujero negro, pero carece tanto de singularidad como de horizonte.
El estudio detalla cómo podrían formarse estos objetos, cómo podrían transformarse entre sí y qué características los diferenciarían de un agujero negro «tradicional». Según Stefano Liberati, director del IFPU y coautor del trabajo, «ni los agujeros negros regulares ni los imitadores son idénticos al modelo estándar, ni siquiera fuera del horizonte». Observar estas regiones podría proporcionar, aunque de forma indirecta, información sobre su estructura interna.
Observaciones futuras y lo que se debe buscar
Para identificar a estos candidatos, será necesario medir pequeñas desviaciones respecto a las predicciones de Einstein, utilizando instrumentos cada vez más sensibles y diversos canales de información. Las observaciones deberán enfocarse principalmente en:
- Sombra y anillos de luz: el Event Horizon Telescope podría detectar patrones de luz curvada más complejos de lo esperado alrededor de un imitador.
- Ondas gravitacionales: ciertos ecos en la señal podrían revelar geometrías internas que no se ajustan a la relatividad clásica.
- Radiación térmica: si el objeto no tiene horizonte, su superficie debería emitir calor detectable, una señal que sería imposible en el modelo estándar.
Estas pruebas podrían ofrecer pistas cruciales para conectar la relatividad general, que describe lo macroscópico, con la mecánica cuántica, que rige lo microscópico. Liberati expresa su entusiasmo: «Estamos entrando en un periodo apasionante para la gravitación. Ante nosotros se extiende una vasta pradera aún por explorar».