En astrofísica, se dice que “los agujeros negros no tienen pelo”. Esta peculiar expresión se basa en la teoría de la relatividad general, porque los agujeros negros son objetos muy simples. Todo lo que se necesita para describirlos es su masa, carga eléctrica y velocidad de rotación. Con solo esta tres piezas de información, se puede describir un agujero negro. Así que, en otras palabras, no poseen información adicional.
Este aspecto es extremadamente frustrante para los astrofísicos. Durante décadas, han estado tratando desesperadamente de entender cómo funcionan estos gigantes cósmicos. Pero dado que los agujeros negros carecen de información adicional, no hay forma de saber más sobre ellos y qué los hace funcionar. Por esta razón, siguen siendo algunos de los objetos más enigmáticos y misteriosos del universo.
La torsión del espacio-tiempo
El concepto de agujeros negros “sin pelo” se basa en nuestra comprensión actual de la relatividad general, tal como fue formulada originalmente por Albert Einstein. La relatividad se enfoca en la curvatura del espacio-tiempo. Cualquier entidad con masa o energía doblará el espacio-tiempo a su alrededor, y esa curvatura determinará el movimiento de esas entidades.
Sin embargo, este no es el único enfoque de la teoría de la relatividad. Un enfoque completamente diferente se centra en la “torsión” en lugar de la curvatura del espacio-tiempo. En esta perspectiva, cualquier entidad con masa o energía retuerce el espacio-tiempo a su alrededor, y esta torsión instruye a otros objetos sobre cómo moverse.
Ambos enfoques, uno basado en la curvatura y el otro en la torsión, son matemáticamente equivalentes. Pero dado que Einstein desarrolló primero el lenguaje basado en la curvatura, es mucho más ampliamente utilizado. El enfoque retorcido, conocido como “gravedad teleparalela” por su uso matemático de líneas paralelas, ofrece mucho espacio para intrigantes ideas teóricas que no son evidentes en el enfoque de la curvatura.
Gravedad teleparalela
Por ejemplo, un equipo de físicos teóricos exploró recientemente cómo la gravedad teleparalela podría abordar el problema de los agujeros negros. Su trabajo se publicó en la base de datos de preimpresión arXiv en julio (ref.). Los físicos examinaron posibles extensiones de la relatividad general utilizando lo que se llama un campo escalar. Un ejemplo famoso de campo escalar es el bosón de Higgs, que es responsable de dar masa a muchas partículas.
Podría haber campos escalares adicionales poblando el universo y alterando el funcionamiento de la gravedad. Los físicos han utilizado campos escalares durante mucho tiempo en un intento de explicar la naturaleza de los misterios cósmicos como la materia oscura y la energía oscura.
En la relatividad general basada en la curvatura, solo hay una cierta cantidad de formas de agregar campos escalares. Pero en la gravedad teleparalela, hay muchas más opciones. El grupo de investigación encontró una forma de agregar campos escalares a la relatividad general utilizando la estructura teleparalela. Luego, utilizaron este enfoque para investigar si estos campos escalares, que de otro modo serían invisibles, podrían aparecer cerca de los agujeros negros.
Si y cómo cambiará la astrofísica
El resultado del estudio es que los campos escalares, cuando se agregan a la relatividad general y se exploran a través de la lente teleparalela, proporcionaron nueva información sobre los agujeros negros. El “pelo” es la presencia de un fuerte campo escalar cerca del horizonte de eventos. Básicamente, este campo escalar lleva información dentro del agujero negro. Esto permitiría a los científicos comprender más sobre estos objetos cósmicos sin tener que sumergirse en ellos.
Ahora que los investigadores han identificado esta posibilidad, deben trabajar en las consecuencias observacionales de estos hallazgos. Por ejemplo, las futuras observaciones de ondas gravitacionales podrían revelar sutiles rastros de estos campos escalares en las colisiones de agujeros negros.