Un nuevo estudio sugiere que los agujeros negros podrían no ser las entidades sin características ni estructura que predice la teoría general de la relatividad de Einstein. En cambio, los monstruos cósmicos podrían ser extraños objetos cuánticos conocidos como «estrellas congeladas».

Si bien estos cuerpos celestes hipotéticos comparten algunas similitudes con los agujeros negros , difieren en aspectos cruciales que podrían resolver la infame paradoja de la radiación de Hawking (llamada así por el difunto físico Stephen Hawking, quien propuso el fenómeno). Esta paradoja surge porque la radiación teórica emitida por el horizonte de sucesos de un agujero negro aparentemente no contiene información sobre la materia que formó el agujero negro, lo que contradice un principio fundamental de la mecánica cuántica que establece que la información no se puede destruir.

Además, a diferencia de los agujeros negros convencionales, no se espera que las estrellas congeladas alberguen una singularidad (un punto de densidad infinita en sus centros), lo que resuelve otra contradicción entre la imagen clásica de los agujeros negros y la regla general de la física de que los infinitos no pueden existir en la naturaleza . Cuando los infinitos aparecen en una teoría, generalmente indican las limitaciones de la teoría.

«Las estrellas congeladas son un tipo de imitadores de agujeros negros: objetos astrofísicos ultracompactos que no tienen singularidades ni horizonte, pero que pueden imitar todas las propiedades observables de los agujeros negros», dijo a Live Science Ramy Brustein , profesor de física en la Universidad Ben-Gurion de Israel, en un correo electrónico. «Si realmente existen, indicarían la necesidad de modificar de manera significativa y fundamental la teoría de la relatividad general de Einstein».

Brustein es el autor principal de un estudio que describe la teoría de la estrella congelada, publicado en julio en la revista Physical Review D.

Resolviendo la paradoja

El modelo clásico de un agujero negro, descrito por primera vez por Karl Schwarzschild en 1916, describe a los agujeros negros como poseedores de dos características clave: una singularidad donde se concentra toda la masa y un horizonte de sucesos, un límite del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Sin embargo, este modelo se enfrenta a un serio problema cuando se introduce la mecánica cuántica. En la década de 1970, Stephen Hawking descubrió que los efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos deberían conducir a la creación de partículas a partir del vacío del espacio, un proceso conocido como radiación de Hawking. Esta radiación haría que el agujero negro perdiera masa gradualmente y, finalmente, se evaporara por completo .

La paradoja surge porque esta radiación parece no llevar información sobre la materia que originalmente formó el agujero negro. Si el agujero negro se evapora por completo, esta información parece perderse para siempre, violando los principios de la mecánica cuántica, que dictan que la información debe conservarse. Esta contradicción se conoce como la paradoja de la pérdida de información y ha sido uno de los desafíos más importantes de la física teórica.

En su nuevo estudio, Brustein y sus coautores AJM Medved de la Universidad de Rhodes y Tamar Simhon de la Universidad Ben-Gurion realizaron un análisis teórico detallado del modelo de estrellas congeladas y descubrieron que resuelve las paradojas del modelo tradicional porque carece tanto de un horizonte como de una singularidad.

Los autores descubrieron que si los agujeros negros son en realidad objetos muy compactos compuestos de materia ultrarrígida cuyas propiedades se inspiran en la teoría de cuerdas, principal candidata a la teoría de la gravedad cuántica , no colapsan en puntos infinitamente densos, y tienen un tamaño ligeramente mayor que el horizonte de sucesos convencional, lo que impide que este último se forme.

«Hemos demostrado que las estrellas congeladas se comportan como absorbentes (casi) perfectos a pesar de carecer de horizonte y actúan como fuente de ondas gravitacionales «, afirma Brustein, señalando que estos objetos pueden absorber casi todo lo que cae sobre ellos, de forma muy similar a los agujeros negros. «Además, generan la misma geometría externa que la de un modelo convencional de agujeros negros y reproducen sus propiedades termodinámicas convencionales».

Poniendo a prueba la hipótesis de la estrella congelada

Si bien el modelo de estrella congelada presenta una solución potencial a las paradojas asociadas con los agujeros negros tradicionales, los científicos aún necesitan probarlo experimentalmente.

Pero a diferencia de los agujeros negros convencionales, se espera que las estrellas congeladas tengan una estructura interna, aunque con propiedades extrañas dictadas por la gravedad cuántica. Esto allana el camino para discriminar observacionalmente entre los dos. La evidencia podría estar presente en las ondas gravitacionales (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo) generadas durante las fusiones de agujeros negros .

«Es en estos casos cuando las distinciones serían más pronunciadas», explicó Brustein.

El equipo aún tiene que determinar exactamente cómo sería la estructura interna de una estrella congelada y en qué se diferenciaría de otros objetos cósmicos extremos como las estrellas de neutrones, pero es posible, dijo Brustein. A partir de ahí, podrían analizar datos de observatorios de ondas gravitacionales existentes y futuros, porque las ondas gravitacionales emitidas durante las fusiones son extremadamente potentes y pueden transportar información sobre la estructura de estos objetos ultracompactos.

«El descubrimiento de cualquiera de las predicciones del modelo de estrella congelada tendrá un impacto revolucionario», afirmó Brustein.