Si algo existe para siempre en este Universo son los agujeros negros, o eso sugiere su física.
Estos objetos ultradensos poseen campos gravitacionales inexorables. La materia entra. Muy poco sale. Puntúan el cosmos como puntos, creciendo cada vez más y sin casi nada que pueda socavar su inevitabilidad.
Pero eso no significa que los agujeros negros sean inviolables. Y los físicos teóricos acaban de encontrar un método de desintegración de agujeros negros que es incluso más extraño que los propios objetos.
Es posible, según José Ferreira, Carlos Herdeiro, Eugen Radu y Miguel Zilhão de la Universidad de Aveiro en Portugal, que un agujero negro pueda salir de su propio cabello, dejando una estrella bosónica completamente funcional a su paso.
“Quizás el resultado más notable es que encontramos una nueva forma en que un agujero negro peludo puede desintegrarse”, dijeron los investigadores a ScienceAlert.
“En uno de los escenarios que llamamos ‘fisión’, ni el agujero negro ni la estructura escalar que lo rodea se destruyen. En cambio, el objeto compuesto se separa en dos objetos independientemente viables: un agujero negro sin pelo y un trozo de materia escalar autogravitante: una estrella bosónica”.
Bien, están sucediendo muchas cosas aquí.
Empecemos por los agujeros negros. Aunque son algunos de los objetos más extremos de la física, según la relatividad general estándar, los agujeros negros son en realidad bastante sencillos: una vez que están asentados y haciendo su trabajo, se requieren muy pocos parámetros para describir su comportamiento (giro y masa, por ejemplo).
Pero eso no significa que esos parámetros sean todo lo que hay. En realidad, no sabemos qué otros parámetros podrían estar acechando en el espacio de los agujeros negros, pero las matemáticas permiten a los físicos explorar algunas posibilidades realmente extrañas.
Estas características adicionales se denominan “pelo”, y un tipo de este cabello puede tomar la forma de un campo escalar.
Los físicos tienen buenas razones para evocar configuraciones tan extrañas. Los agujeros negros ofrecen algunos de los laboratorios más extremos del Universo, lo que potencialmente permite a los investigadores explorar formas de materia y campos que son difíciles de detectar por otros medios.
Si un agujero negro pudiera albergar algún tipo de “pelo” exótico, su estudio podría ofrecer pistas sobre partículas o campos más allá de los que conocemos actualmente.
Se puede pensar en un campo escalar como un medio invisible que impregna el espacio. En términos de partículas, también se puede describir como un conjunto de partículas sin espín.
Según algunos modelos, ese campo puede fusionarse formando algo así como una nube alrededor de un agujero negro, aunque no necesariamente una nube tenue. Puede representar una fracción sustancial de la masa total del sistema, produciendo un poderoso campo gravitacional propio.
“Normalmente se podría esperar que esta materia simplemente caiga en el agujero negro. Sin embargo, en estas soluciones existe un mecanismo de resonancia particular que permite que el campo escalar y el horizonte del agujero negro permanezcan en equilibrio”, dijeron los investigadores.
“La pregunta abierta importante era si ese equilibrio era realmente estable una vez que se permitían las perturbaciones generales. Nuestras simulaciones muestran que, para las configuraciones que estudiamos, no lo es”.
Las simulaciones iniciales sugirieron que estos agujeros negros peludos podrían ser estables, pero esas simulaciones habían impuesto la simetría esférica.
Aunque el agujero negro existía en tres dimensiones, todo lo que sucedía en una dirección debía suceder de manera idéntica en todas las demás direcciones. Esto simplifica mucho los cálculos, pero evita que el sistema quede desequilibrado.
Trabajos posteriores que permitieron dinámicas no esféricas revelaron una inestabilidad en un modelo. Ferreira y sus colegas querían descubrir si esa inestabilidad era una peculiaridad del modelo en particular o una característica más extendida de estos agujeros negros peludos, y qué sucedió en última instancia a medida que crecía la inestabilidad.
Utilizaron simulaciones numéricas para rastrear varias configuraciones diferentes de agujeros negros peludos a lo largo del tiempo, lo que permitió que los sistemas evolucionaran de manera diferente en diferentes direcciones.
Pero hay una pieza más del rompecabezas. En las condiciones adecuadas, el campo escalar alrededor del agujero negro puede mantenerse unido gracias a su propia gravedad, formando un hipotético objeto transparente, sin horizonte, conocido como estrella de bosones.
Por tanto, podemos pensar en el sistema como dos componentes unidos, pero capaces de existir de forma independiente.
Sus resultados se dividieron en dos posibles resultados.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>La primera, que los investigadores llaman “absorción”, es probablemente la que cabría esperar. La inestabilidad hace que el delicado equilibrio que mantiene el agujero negro peludo colapse. El agujero negro devora el campo escalar circundante, dejando tras de sí un agujero negro sin pelo o “calvo”.
En el segundo escenario, que los investigadores llamaron “fisión”, es donde las cosas se pusieron muy raras.
“El agujero negro y la configuración escalar se mantienen unidos por una competencia entre la atracción gravitacional y la repulsión electromagnética. En el régimen de fisión, la configuración simétrica en la que el agujero negro se encuentra exactamente en el centro de la estrella de bosones es un equilibrio inestable”, explicaron los investigadores.
“Una analogía útil es la de una pelota en equilibrio en la cima de una montaña. Puede permanecer allí si se coloca exactamente en la posición correcta, pero el más mínimo empujón la hace alejarse”.
Y esto es lo que observaron. Una pequeña perturbación fue suficiente para descentrar el agujero negro. En lugar de volver al equilibrio, se alejó progresivamente y finalmente salió del campo escalar como un comedón.
El campo permaneció unido, viviendo como una estrella bosónica, mientras el agujero negro, ahora calvo, seguía su propio camino.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>El destino que le esperaba a un agujero negro peludo parecía depender, al menos en parte, de lo compacto que fuera su pelo escalar. Las configuraciones más compactas tendían a la absorción, mientras que las más sueltas eran más susceptibles a la fisión.
Esta tendencia se mantuvo en dos potenciales escalares diferentes.
Eso no significa que actualmente estén surgiendo agujeros negros de estrellas de bosones, quiera o no, en todo el Universo. Por un lado, las estrellas de bosones todavía están clasificadas como “hipotéticas”.
Por otro lado, los investigadores advierten que esta configuración particular es principalmente un modelo de juguete, más que un modelo realista de agujeros negros astrofísicos.
“El mecanismo se basa en una carga eléctrica ordinaria, mientras que se espera que los agujeros negros astrofísicos transporten muy poca carga eléctrica neta”, dijeron a ScienceAlert.
“Por lo tanto, no afirmamos que los objetos particulares simulados aquí sean probablemente objetos astrofísicos. Más bien, el mecanismo que descubrimos puede apuntar hacia un fenómeno más amplio que también podría ocurrir en modelos más realistas”.
Una posibilidad que los investigadores quieren investigar es si la rotación podría desempeñar un papel similar a la carga eléctrica en otros modelos de agujeros negros peludos.
Y si existe una versión astrofísicamente plausible de esta inestabilidad, puede que no sea del todo invisible.
“Un proceso violento de ruptura de simetría de este tipo debería generar una señal de onda gravitacional característica. En particular, en el caso de la fisión, la dinámica es muy diferente de procesos familiares como la fusión de dos agujeros negros, por lo que se esperaría que la forma de onda tuviera características distintivas”, explicaron los investigadores.
“Determinar exactamente cómo se ven esas formas de onda, y si realmente podrían detectarse y distinguirse de otras fuentes, requiere un estudio más dedicado. Consideramos que esto es una dirección particularmente interesante para el trabajo futuro”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review D.
Este artículo fue verificado por Fiona MacDonald y editado por Fiona MacDonald. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.