El estudio de los agujeros negros desafía las hipótesis de Kerr

Los agujeros negros siguen cautivando a los científicos: son objetos puramente gravitacionales, notablemente simples, pero capaces de ocultar misterios que desafían nuestra comprensión de las leyes naturales. La mayoría de las observaciones hasta ahora se han centrado en sus características externas y el entorno que los rodea, dejando su naturaleza interna en gran parte sin explorar.

Un nuevo estudio, realizado a través de una colaboración entre la Universidad del Sur de Dinamarca, la Universidad Charles de Praga, la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) en Trieste y la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda, y publicado en Physical Review Letters, examina un aspecto común de la región más interna de varios modelos espacio-temporales que describen los agujeros negros, lo que sugiere que nuestra comprensión de estos enigmáticos objetos puede requerir más investigación.

Según el autor correspondiente, el posdoctorado Raúl Carballo-Rubio del centro de investigación CP3-Origins de la Universidad del Sur de Dinamarca, la idea clave de este estudio es que «la dinámica interna de los agujeros negros, que sigue siendo en gran parte inexplorada, podría transformar radicalmente nuestra comprensión de estos objetos, incluso desde una perspectiva externa».

La solución de Kerr a las ecuaciones de la relatividad general es la representación más precisa de los agujeros negros en rotación observada en la astrofísica gravitacional. Representa un agujero negro como un torbellino en el espacio-tiempo, caracterizado por dos horizontes: uno exterior, más allá del cual nada puede escapar de su atracción gravitatoria, y uno interior que encierra una singularidad de anillo, una región donde el espacio-tiempo tal como lo conocemos deja de existir. Este modelo se alinea bien con las observaciones, ya que las desviaciones de la teoría de Einstein fuera del agujero negro están reguladas por nuevos parámetros físicos, que gobiernan el tamaño del núcleo y se espera que sean bastante pequeños.

Sin embargo, el estudio reciente realizado por el equipo internacional ha resaltado una cuestión crítica relacionada con el interior de estos objetos: si bien se sabía que un horizonte interior estático se caracteriza por una acumulación infinita de energía, el estudio demuestra que los agujeros negros dinámicos aún más realistas están sujetos a una inestabilidad significativa en escalas de tiempo relativamente cortas. Esta inestabilidad se debe a una acumulación de energía que crece exponencialmente con el tiempo hasta alcanzar un valor finito, pero extremadamente grande, capaz de influir significativamente en la geometría general del agujero negro y, por lo tanto, alterarla.

El resultado final de este proceso dinámico aún no está claro, pero el estudio implica que un agujero negro no puede estabilizarse en la geometría de Kerr, al menos en escalas de tiempo largas, aunque la velocidad y la magnitud de las desviaciones del espacio-tiempo de Kerr siguen siendo objeto de investigación.

Como explica Stefano Liberati, profesor de SISSA y uno de los autores del estudio, «este resultado sugiere que la solución de Kerr, contrariamente a los supuestos anteriores, no puede describir con precisión los agujeros negros observados, al menos en las escalas de tiempo típicas de su existencia».

Por lo tanto, comprender el papel de esta inestabilidad es esencial para refinar los modelos teóricos del interior de los agujeros negros y su relación con la estructura general de estos objetos. En este sentido, podría proporcionar un eslabón perdido entre los modelos teóricos y las posibles observaciones de la física más allá de la Relatividad General. En última instancia, estos resultados abren nuevas perspectivas para el estudio de los agujeros negros y ofrecen la oportunidad de profundizar nuestra comprensión de su naturaleza interna y su comportamiento dinámico.

Con información de arXiv