Un estudio describe la creación de agujeros negros regulares mediante la gravedad pura

Barcelona/Un equipo de científicos del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) ha descrito por primera vez en un estudio la creación de agujeros negros regulares a partir de efectos gravitacionales y sin necesidad de que exista "materia exótica", como exigían algunos modelos anteriores.

El estudio, liderado por la Universidad de Barcelona (UB), lo ha publicado la revista Physics Letters B y describe la creación de agujeros negros sin singularidades mediante la gravedad pura, lo que modifica la comprensión de los agujeros negros y de la naturaleza fundamental del universo.

Los agujeros negros tradicionales, tal y como los describe la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, contienen lo que se conocen como singularidades, es decir, puntos donde las leyes de la física se rompen.

Identificar cómo se resuelven las singularidades en el contexto de la gravedad cuántica es uno de los problemas fundamentales de la física teórica.

El estudio elaborado por la UB abre nuevas perspectivas para mejorar la comprensión de la naturaleza cuántica de la gravedad y la estructura verdadera del espacio-tiempo.

Agujeros negros sin singularidades

El término "materia exótica" se refiere a un tipo de materia que posee propiedades inusuales, no encontradas en la materia ordinaria, y con frecuencia tiene una densidad de energía negativa, crea efectos gravitacionales repulsivos, y puede violar ciertas condiciones de la energía en la relatividad general.

La "materia exótica" es en gran parte teórica y no se ha observado en la naturaleza, pero se utiliza en modelos para explorar conceptos como los agujeros de gusano, los viajes más rápidos que la luz y la resolución de las singularidades de los agujeros negros.

El estudio del Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB demuestra matemáticamente que una serie infinita de correcciones gravitacionales de orden superior puede eliminar estas singularidades y dar como resultado los agujeros negros conocidos como regulares.

A diferencia de los modelos previos, que requerían "materia exótica", este nuevo trabajo revela que la gravedad pura -sin campos de materia adicionales- puede generar agujeros negros regulares sin singularidades.

El descubrimiento representa un cambio significativo respecto a las teorías anteriores y simplifica las condiciones necesarias para la formación de los agujeros negros regulares.

Las ecuaciones de Einstein

Según el investigador del ICCUB Pablo Cano, que forma parte también del departamento de física cuántica y astrofísica de la Facultad de Física de la UB, "la belleza de nuestra construcción radica en que solo se basa en modificaciones de las ecuaciones de Einstein predichas de forma natural por la gravedad cuántica".

"No son necesarios otros componentes", asegura antes de precisar que "las teorías que ha desplegado el equipo del ICUCB son aplicables a cualquier dimensión del espacio-tiempo mayor o igual a cinco".

"La razón para considerar dimensiones espacio-tiempo más altas es puramente técnica", puntualiza Cano, ya que "permite reducir la complejidad matemática del problema". Sin embargo, los investigadores afirman que "las mismas conclusiones deberían aplicarse a nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones".

Las singularidades de la relatividad general

Otro de los investigadores del ICCB, Robie Hennigar, explica: "La mayoría de científicos están de acuerdo en que las singularidades de la relatividad general deben resolverse en última instancia, aunque sabemos muy poco sobre cómo se podría conseguir este proceso".

A pesar de ello, el trabajo de investigación de la UB "proporciona el primer mecanismo para lograrlo de forma robusta, aunque bajo ciertas hipótesis de simetría", comenta Hennigar.

"Aún no ha quedado claro cómo la naturaleza impide la formación de singularidades en el universo, pero esperamos que nuestro modelo nos ayude a obtener una mejor comprensión de este proceso", agrega el mismo investigador.

Explorar los descubrimientos en escenarios astrofísicos

El estudio además explora las propiedades termodinámicas de estos agujeros negros regulares y desvela que cumplen con la primera ley de la termodinámica.

Las teorías desarrolladas proporcionan un marco robusto para comprender la termodinámica de los agujeros negros de forma completamente universal e inequívoca, y esta consistencia añade credibilidad y potencial de aplicabilidad a los resultados de la investigación.

Los investigadores planean extender su trabajo al espacio-tiempo de cuatro dimensiones y explorar las implicaciones de sus descubrimientos en diversos escenarios astrofísicos. Asimismo contemplan como objetivo investigar la estabilidad y las posibles firmas observacionales de estos agujeros negros regulares.