Adiós a las singularidades en los agujeros negros: la física cuántica podría reescribir el universo

La primera imagen de un agujero negro, difundida en 2019, dejó sin aliento al mundo. Aquella sombra cósmica, rodeada por un anillo incandescente de materia, fue un triunfo de la observación astronómica. Pero tras el asombro vino una pregunta incómoda: ¿qué hay en el centro de ese monstruo gravitatorio? La respuesta que ofrece la relatividad general es desconcertante: una singularidad, un punto de densidad infinita donde las leyes de la física se rompen. Esa palabra, lejos de sonar elegante, ha sido durante décadas una forma educada de decir “no sabemos”.

Ahora, un nuevo trabajo científico propone que tal vez no tengamos que conformarnos con el misterio. Un equipo liderado por Raúl Carballo-Rubio, Stefano Liberati y otros investigadores, ha publicado una revisión profunda en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, donde se plantean modelos alternativos de agujeros negros que podrían prescindir de las temidas singularidades gracias a los efectos cuánticos. El artículo recoge las ideas presentadas en un taller especializado y sugiere que estamos en el umbral de un cambio de paradigma.

Qué es una singularidad y por qué incomoda tanto

En física, una singularidad es un punto donde una magnitud —como la densidad o la curvatura del espacio-tiempo— se vuelve infinita. En el centro de un agujero negro clásico, esa sería la situación: una región infinitamente pequeña y densa, resultado de que la materia colapsa bajo su propia gravedad sin encontrar resistencia alguna. Pero ese concepto genera más problemas que soluciones.

La teoría de Einstein, por poderosa que sea, no está diseñada para lidiar con lo infinitamente pequeño. La relatividad general funciona bien a gran escala, pero no incorpora los principios de la mecánica cuántica, que gobiernan el comportamiento de la materia en condiciones extremas. Si en una singularidad la densidad se vuelve infinita, eso significa que la teoría deja de tener sentido en ese punto.

El propio artículo científico recuerda que la singularidad no es una predicción que deba aceptarse sin más: “Lo que implica la presencia de una singularidad es que el modelo utilizado ha dejado de ser válido”. En otras palabras, las singularidades no son entidades físicas reales, sino síntomas de que necesitamos una teoría mejor.

Agujeros negros sin punto de no retorno

El artículo analiza tres modelos: el agujero negro estándar con horizonte de sucesos y singularidad; el agujero negro regular, que mantiene el horizonte pero elimina la singularidad; y los llamados mimickers, que no tienen ni horizonte ni singularidad, aunque desde fuera pueden parecer iguales que un agujero negro convencional.

Estos modelos no son simples juegos matemáticos. Surgen de intentos serios por unir la relatividad general con la física cuántica, un objetivo que ha perseguido a los físicos durante décadas. Si la gravedad se comporta de forma cuántica en condiciones extremas, es razonable pensar que podría evitarse el colapso total de la materia y, por tanto, la formación de una singularidad.

Lo interesante es que algunos de estos modelos predicen diferencias observables respecto a los agujeros negros clásicos. Por ejemplo, la radiación térmica emitida por un objeto sin horizonte podría detectarse si se afina lo suficiente la sensibilidad de nuestros telescopios. También se podrían observar anillos de luz adicionales en las imágenes del Event Horizon Telescope o anomalías en las ondas gravitacionales.

¿Cómo se podrían observar estos cambios?

Hasta ahora, las observaciones no han penetrado en el corazón de los agujeros negros. Lo que se ha registrado —ya sea mediante ondas gravitacionales o imágenes de radio— corresponde a las regiones externas. Eso no significa que estemos condenados al misterio perpetuo. Según explican los autores, las diferencias entre los modelos pueden reflejarse sutilmente en esas regiones externas.

Una de las vías más prometedoras es el estudio de las órbitas de los fotones. En los modelos sin horizonte, la luz puede reflejarse o dispersarse de manera diferente, generando estructuras visuales más complejas que los anillos esperados en un agujero negro clásico. Si se logran detectar estas firmas, podríamos tener indicios de que lo que estamos viendo no es exactamente un agujero negro tradicional.

Otra pista puede venir de las ondas gravitacionales. Si el objeto no tiene una singularidad interna, la forma en que se distorsiona el espacio-tiempo durante una colisión podría variar, dejando un rastro característico en la señal que captan los detectores como LIGO o Virgo.

El papel de la física cuántica en este cambio

Buena parte del trabajo de los últimos años ha consistido en aplicar principios de la gravedad cuántica para estudiar qué ocurre cuando la materia colapsa. Una de las aproximaciones más estudiadas es la gravedad cuántica de bucles, una teoría que propone que el espacio-tiempo tiene una estructura discreta, como una red finísima de átomos de espacio.

En trabajos anteriores, el físico Abhay Ashtekar, uno de los fundadores de esa teoría, ya había mostrado que los efectos cuánticos podrían evitar la formación de una singularidad tanto en agujeros negros como en el Big Bang. En el artículo que aquí se comenta, se retoman y amplían estas ideas, proponiendo modelos matemáticos consistentes donde el colapso se frena antes de llegar al infinito.

En palabras del artículo: “Al incorporar efectos cuánticos de forma adecuada, el colapso puede continuar más allá del horizonte sin producir una singularidad”. Esto sugiere que el centro de un agujero negro no sería un punto sin retorno, sino una región exótica donde la física cuántica toma el control.

Una comunidad en conversación

El artículo tiene un origen particular: no fue escrito por un solo grupo de investigación, sino que es el resultado de un taller organizado por el Instituto de Física Fundamental del Universo (IFPU), en Trieste. Allí se reunieron físicos teóricos, observacionales y jóvenes investigadores para debatir, contrastar posturas y sintetizar las ideas en común.

Según Stefano Liberati, uno de los autores, “el valor añadido está en la conversación misma”. De hecho, algunas opiniones divergentes cambiaron a lo largo de las sesiones. Ese carácter coral del trabajo refleja el momento de ebullición que vive la física de agujeros negros: no hay una única línea aceptada, pero hay un interés creciente en explorar más allá del modelo clásico.

Liberati afirma que “nos encontramos en una era en la que se abre un paisaje vasto e inexplorado ante nosotros”. Y ese paisaje, aunque todavía lejano, empieza a perfilarse con nitidez.

Cortesía de Muy Interesante

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