¿Pueden tener pelo los agujeros negros astrofísicos?

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Ninguna observación astronómica lo prohíbe. Aunque en dicho caso los agujeros negros astrofísicos no estarían descritos por las soluciones matemáticas de tipo agujero negro de la gravitación de Einstein. Para estas soluciones es famoso el teorema que afirma que los agujeros negros no tienen pelo. Pero se han propuesto alternativas a la relatividad general de Einstein, que incorporan nuevos fenómenos físicos cerca del horizonte de sucesos de los agujeros negros, que predicen la existencia de diferentes tipos de pelo.

Un resultado genérico de la teoría de las ecuaciones de onda no lineales con soluciones de tipo solitón es que una solución genérica tiende a descomponerse en un conjunto de solitones sobre un fondo de radiación lineal. Las ecuaciones de Einstein tienen soluciones de tipo solitón gravitacional. Por ello, una solución genérica asintóticamente plana evoluciona a un conjunto de soluciones de tipo agujero negro de Kerr-Newmann sobre un fondo de radiación gravitacional. Este resultado matemático se conoce, gracias a Wheeler, como el teorema de que los agujeros negros no tienen pelo; una solución asintóticamente plana robusta corresponde a un agujero negro con masa ADM, momento angular y carga eléctrica.

Los interesados en profundizar en las ideas sobre el posible pelo de los agujeros negros astrofísicos disfrutarán del número especial de la revista Classical and Quantum Gravity. El Focus issue: Hairy black holes presenta 16 artículos con 16 posibles propuestas de pelo para los agujeros negros. A cada cual más especulativa. Pero casi todas con predicciones más allá de lo observable en la actualidad. Incluso si los agujeros negros astrofísicos no tienen pelo, los físicos interesados en la cuestión disfrutarán de este número especial editado por Carlos Herdeiro y Eugen Radu, CQG 34 (2017). Más información en “Hairy black holes,” CQG Focus Issue (2017).

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El entorno del horizonte de sucesos de un agujero negro astrofísico que hemos podido explorar con más detalle es el de Sgr A* (el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea). Su horizonte de sucesos debe tener un tamaño inferior a la órbita de Mercurio; su diámetro es de unos 44 millones de kilómetros cuando el perihelio de Mercurio está a 46 millones de kilómetros del Sol (el perihelio de la Tierra está a 150 millones de kilómetros del Sol). Lo hemos observado hasta ahora con una escala similar a la órbita del planeta Neptuno. Aún muy lejos de la región donde el efecto del pelo podría ser observable.

¿Qué podría ser el pelo de un agujero negro? En general, nuevos grados de libertad (nuevos campos cuánticos) que aparecen en el entorno del horizonte de sucesos. Estos nuevos grados de libertad no serían observables de forma asintótica (no tendrían ningún efecto observable a grandes distancias). Sin embargo, afectarían a las imágenes del agujero negro astrofísico cuando se lograse una resolución inferior a unas tres veces el radio del horizonte de sucesos. En dicho caso, la imagen del agujero negro mostraría diferencias con respecto a las predicciones de la teoría de Einstein.

La señal concreta que se podría observar depende del tipo de pelo. Hay muchas posibilidades. La observación de muchas ondas gravitacionales producidas por las fusión (colescencia) de agujeros negros astrofísicos, y de la fusión de estrellas de neutrones y agujeros negros astrofísicos, permitirá sesgar el espacio de parámetros de estas teorías. Más aún, muchas podrán ser refutadas. Pero no hay que olvidar que la Naturaleza tiene la última palabra. Y de igual forma alguna de dichas teorías podría relucir con esplendor en contra de la teoría de la relatividad general (que hasta ahora ha sobrevivido a todos los intentos por derrocarla, que no han sido pocos).

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Las ondas gravitacionales han abierto una nueva ventana hacia el universo observable. Gracias a ella, muchas especulaciones gravitacionales se podrán refutar (o confrontar) con observaciones. Lo que antes no era ciencia (siguiendo al pie de la letra a Popper), ahora ya lo es (aunque siga siendo una especulación salvaje en muchos casos). Por ello, el pelo de los agujeros negros astrofísicos vuelve a estar entre los temas preferidos por los investigadores en gravitación. A qué conducirá en el futuro esta moda no lo sabemos. Ahí está la magia de la ciencia. Repito, la Naturaleza siempre tiene la última palabra.


5 Comentarios

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yomismoyomismo

Hola Francis! No vas a escribir sobre el premio Abel? Quisiera saber que opinas sobre lo que escribe Terrence Tao en su blog.

Francisco R. Villatoro

YoMismo, quería hacerlo para el último Carnaval de Matemáticas, pero se me pasó la fecha. En cuanto a Tao, creo que tiene razón. Daubechies pasará a la historia por nunca haber recibido el Abel que mereció más que Meyer. Espero equivocarme, pero creo que conceder un Abel a las ondículas este año ha sido un grave error de marketing científico.

Francisco R. Villatoro

Miguel, ya le contesté a otro lector sobre el tema. No hay mucho que contar sobre Gábor Rácz, László Dobos, …, István Csabai, “Concordance cosmology without dark energy,” Mon Not R Astron Soc Lett (2017), doi: 10.1093/mnrasl/slx026, arXiv:1607.08797 [astro-ph.CO]. Una simulación multicuerpo de un universo con Ωm=1 en lugar de Ω=1, tiene el problema de que nuestro universo tiene Ωm < 1 (se sabe desde la década de los 1980). Por muy noticiable que sea el resultado, no se debe olvidar que simulan un universo que no es el nuestro. Compatibilizar su modelo con el CMB, por ejemplo, raya lo imposible.

Miguel Angel Garcia AspeitiaMiguel Angel Garcia Aspeitia

Muchas gracias Francis, era la respuesta que justamente esperaba con respecto a la incompatibilidad con CMB :)
Soy un gran fan Mexicano de tu blog. Saludos

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