En 1993 un físico canadiense, Matthew Choptuik, demostró que los agujeros negros pueden aparecer espontáneamente a partir del colapso crítico durante el cual las curvaturas del espacio-tiempo se organizan en un patrón definido y repetido como de cristales. Pero jamás se había podido describir esto en lenguaje de fórmula. Hasta ahora.
Un equipo de físicos teóricos dice que ha encontrado la tan buscada fórmula de cómo los cristales de espacio-tiempo podrían colapsar para formar agujeros negros e informó sobre esto en un trabajo reciente publicado en Physical Review Letters. El estudio matemático, sin embargo, deberá ponerse a prueba en investigaciones empíricas, pero los resultados teóricos les ofrecen a los astrónomos parámetros más precisos para explorar una fascinante alternativa al surgimiento de los agujeros negros, en particular en los inicios del universo.
“Dependiendo de la precisión deseada podemos mejorar sistemáticamente nuestras fórmulas utilizando métodos de aproximación adicionales”, declaró Florian Ecker, coautor del trabajo y físico teórico de TU Wien, Austria. “Con esto tenemos un nuevo método para estudiar los fenómenos relacionados con los agujeros negros que antes no podríamos analizar de manera analítica”.
Ondas pequeñas, grandes consecuencias
La relatividad general de Einstein ve la gravedad como curvatura del espacio-tiempo. Es una de las teorías más exitosas de la física, y la idea se ha confirmado en cada observación, en particular en objetos lejanos y masivos que solo se hacen visibles gracias a las lentes gravitacionales que curvan y magnifican su luz.
“Las masas más pequeñas también producen una curvatura en el espacio-tiempo aunque en menor medida”, dijo en el comunicado Christian Ecker, autor principal del estudio y físico teórico de la Universidad Goethe Frankfurt de Alemania.
En la física los cambios más pequeños pueden dar lugar a cambios enormes, añadió Daniel Grumiller, coautor del estudio y físico teórico de TU Wien. Por ejemplo, el cambio más pequeño en la temperatura puede hacer que las moléculas desordenadas del agua se organicen para formar estructuras cristalinas a 0°C.
El colapso crítico
De manera similar, los efectos relativistas relativamente menores permiten que los objetos relativamente más pequeños den lugar a la reorganización de la curvatura del espacio-tiempo. Según las simulaciones de Choptuik en 1993, el espacio-tiempo cae en un patrón de repetición – algo así como un cristal de espacio-tiempo – y el proceso que lleva a esto se conoce como colapso crítico. Según las declaraciones, estos estados habrían existido poco antes del Big Bang, lo que significa que los cristales del espacio-tiempo podrían ser los responsables de los agujeros negros primordiales.
“Este cristal de espacio-tiempo es un objeto muy peculiar y fascinante”, dijo Grumiller. “Es algo así como un estado intermedio, un punto inestable que puede evolucionar en dos direcciones diferentes”.
Eso podría significar que el cristal podría simplemente disolverse. Pero la más mínima gota de energía podría dar lugar a algo totalmente diferente: la formación de un agujero negro, según explicó. Y eso es distinto a las típicas historias del origen de los agueros negros, casi siempre como consecuencia de eventos “espectaculares” como las supernovas.
De la teoría a la práctica
En teoría y arbitrariamente, pueden existir agujeros negros pequeños. El equipo que llevó a cabo este reciente trabajo apuesta a esa posibilidad, pensando en una aproximación multidimensional “codificada en una única función de tiempo”, según el trabajo. Si se aplica a estructuras de colapso crítico, los investigadores encuentran que su solución les brinda un “control analítico sistemático” de una hipótesis que a los físicos les ha costado desde hace años describir mediante las matemáticas.
Por ahora, todo está en el plano de la teoría. El equipo expresó que a partir de aquí el objetivo es traducir sus soluciones a una cantidad menor de dimensiones que puedan reflejar mejor el universo observable. Cada vez que se aprende algo nuevo sobre los agujeros, aparecen más cosas que no sabemos.
Por eso habrá que esperar a que los astrofísicos decidan darle una oportunidad a este nuevo marco, que si realmente logra confirmar empíricamente la conjetura de Choptuik – de que hay agujeros negros que surgen de condiciones más tranquilas –, eso será un enorme avance para la astronomía.
