Llevamos unos 100 años siguiendo sus huellas y también hemos conseguido fotografiar varios ejemplares. Sin embargo, no sabemos casi nada sobre ellos. Estamos hablando de agujeros negros. Estas acumulaciones de masa cósmica han planteado numerosas preguntas durante décadas. Pero con un poco de suerte podríamos obtener respuestas importantes en los próximos años.
Dentro de un agujero negro hay tanta materia concentrada en un espacio tan pequeño que su atracción gravitacional es gigantesca, tan grande que nada puede escapar de ella, ni siquiera la luz. Esto significa que los monstruos galácticos tienen algún tipo de límite, un «horizonte de sucesos». Si vas más allá de esto, estás irremediablemente perdido. Las partículas cruzan constantemente esta calle cósmica de sentido único. Sin embargo, los agujeros negros no crecen infinitamente.
En la década de 1970, el físico Stephen Hawking se dio cuenta de que los agujeros negros emiten energía en forma de radiación y luego se encogen hasta desaparecer por completo. El problema: la radiación no contiene información sobre las partículas que previamente cayeron en el agujero negro. Sin embargo, este supuesto hecho no es compatible con el resto de la física. Por eso, los expertos llevan más de 50 años buscando una solución a esta «paradoja de la información».
El físico Steven B. Giddings presentó uno en 2013. Según él, los agujeros negros están rodeados por un “halo cuántico”: la información de las partículas cuánticas está codificada en el espacio-tiempo que los rodea y, por lo tanto, escapa del agujero negro. Los físicos Brian C. Seymour y Yanbei Chen del Instituto Tecnológico de California en Pasadena han examinado ahora qué huellas dejaría un halo cuántico de este tipo en las ondas gravitacionales emitidas que miden detectores como LIGO o VIRGO. Como explican en su artículo aún por revisar, las grabaciones actuales aún no son lo suficientemente sensibles, pero una nueva generación de detectores pronto podría resolver el misterio de la paradoja de la información.
Efectos cuánticos que rodean los agujeros negros
Aunque muchas preguntas sobre los agujeros negros siguen sin respuesta, ahora es indiscutible que existen. Existe amplia evidencia astronómica de estas increíbles estructuras. Sin embargo, aún no se ha observado la radiación de Hawking que emiten. Hawking predijo esto cuando investigó matemáticamente qué fenómenos cuánticos podrían ocurrir en un espacio-tiempo con un horizonte de sucesos. ¿Qué sucede, por ejemplo, si una partícula y una antipartícula emergen repentinamente de la nada durante un breve periodo de tiempo (normalmente se aniquilan de nuevo inmediatamente) y una de ellas cruza un horizonte de sucesos antes de la aniquilación? Como resultado, de la nada se crea una partícula de larga vida, lo que contradice la conservación de la energía. A partir de consideraciones similares, Hawking dedujo que los agujeros negros emiten radiación y por tanto emiten energía.
Esto significa que el equilibrio energético se conserva (la radiación total emitida tiene exactamente la misma energía que tenía originalmente el agujero negro), pero la información parece destruirse. A partir de la radiación de Hawking emitida ya no es posible determinar qué tipos de partículas acabaron en el agujero negro. Sin embargo, la física cuántica requiere que se preserve la información. La renuncia a este principio es difícil de conciliar con las observaciones y mediciones del microcosmos. Por eso los físicos buscan otras explicaciones para resolver la paradoja de la información.
En principio sólo hay tres opciones: o cambiamos lo que dice la teoría general de la relatividad sobre los agujeros negros, cambiamos la mecánica cuántica o abandonamos el principio de localidad. Este último afirma que la información nunca puede viajar más rápido que la luz. Dado que la física cuántica y la descripción relativista de los agujeros negros han demostrado hasta ahora su valía, muchos expertos tienden a tirar este asunto por la borda. Lo mismo ocurre con Giddings.
«Un agujero negro está rodeado por un halo cuántico: una pequeña nube desde la cual la información fluye de regreso al entorno circundante».Steven B. Giddings, físico
En su teoría, que él llama «no local, no violenta», «la geometría del espacio-tiempo cerca de un agujero negro se cambia de tal manera que se dobla y se ondula dependiendo de la información del agujero negro, pero con delicadeza», escribió el físico en. un artículo en “Scientific American” en 2019. “Un agujero negro tiene un halo cuántico a su alrededor, una pequeña nube desde la cual la información fluye de regreso al entorno circundante”. Esto significa que la información fluye desde el interior del agujero negro hacia el exterior. Para ello debe exceder el horizonte de sucesos, lo que viola el principio de localidad. En el trabajo de Giddings, sin embargo, esta violación sólo es posible para horizontes de sucesos como los que aparecen en los agujeros negros; en otros casos siempre se mantiene la localidad. Hace esta suposición modificando ligeramente las reglas cuánticas en espacios muy curvados, como los que se encuentran en los horizontes de sucesos. Dado que todavía no existe una teoría completa de la gravedad cuántica que vincule el comportamiento de los campos cuánticos con la gravedad, esto parece inicialmente permisible desde un punto de vista teórico.
Seymour y Chen han examinado ahora qué huellas dejaría un halo cuántico de este tipo en la colisión de dos agujeros negros. Detectores como LIGO y Virgo pueden detectar este tipo de eventos midiendo ondas gravitacionales. Como calcularon Chen y Seymour, un halo cuántico cambiaría la fase de las ondas gravitacionales entrantes, aunque el efecto sería muy pequeño. Los dispositivos disponibles hoy en día aún no son lo suficientemente sensibles para resolver tales cambios. Pero los futuros detectores de ondas gravitacionales como LISA, cuyo despliegue en el espacio está previsto para 2030, podrían detectar rastros de un halo cuántico. Entonces la paradoja de la información podría finalmente resolverse.
