Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros negros tienen solo tres propiedades observables: masa, espín (momento angular) y carga . No existen características adicionales, o, como las llaman los físicos, "cabello".
Para explicar la idea, imagine gemelos idénticos. Tienen el mismo genotipo, son copias genéticas, pero incluso esos gemelos diferirán en muchas cosas: desde el temperamento hasta el peinado. Los agujeros negros, según la teoría de la gravedad de Albert Einstein, solo pueden tener tres características: masa, giro y carga. Si estos valores son los mismos para dos agujeros negros cualesquiera, entonces son idénticos, será imposible distinguir uno del otro. Los agujeros negros no tienen pelo.
"Según la relatividad general clásica, esos agujeros negros serían absolutamente idénticos", señala Paul Chesler , físico teórico de la Universidad de Harvard.
Sin embargo, los científicos se preguntan si el teorema de la ausencia de pelo es cierto. En 2012, el matemático Stefanos Aretakis , entonces en la Universidad de Cambridge y ahora en la Universidad de Toronto, sugirió que algunos agujeros negros pueden tener inestabilidades en el horizonte de eventos.
Las inestabilidades darían a algunas partes del horizonte del agujero negro una atracción gravitacional más fuerte que a otras. Resulta que en este caso incluso agujeros negros idénticos serán distinguible .
Sin embargo, las ecuaciones de Aretakis mostraron que esto solo es posible para los llamados agujeros negros extremos , aquellos que tienen el valor más alto posible de masa, espín o carga. Y, según Chesler, esos agujeros negros no pueden existir en la naturaleza.
Pero digamos que hay un agujero negro casi extremo que se acerca a los valores máximos, pero no los alcanza. Tal agujero negro podría existir, al menos en teoría. ¿Eso refutaría el teorema de la falta de pelo?
Un informe publicado a finales de enero mostró que esto es posible.
Además, los detectores de ondas gravitacionales terrestres pueden captar ese pelo.
"Aretakis sugirió que hay algo de información que permanece en el horizonte", comentó Gaurav Hanna , físico de la Universidad de Massachusetts y la Universidad de Rhode Island, uno de los coautores del estudio.
Los científicos especulan que la evidencia de la formación de un agujero negro o perturbaciones posteriores en el horizonte de eventos (como material que cae en un agujero negro) puede crear inestabilidad gravitacional en o cerca del horizonte de eventos del agujero negro casi extremo.
“Suponemos que la señal gravitacional que detectemos será muy diferente de los agujeros negros ordinarios, que no son extremos”, dice Hanna.
Si los agujeros negros tienen pelo, entonces se retiene cierta información sobre su pasado; esto afectará la famosa paradoja de la información de los agujeros negros , que fue formulada por Stephen Hawking, como señaló Leah Medeiros , astrofísica del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.
Esta paradoja revela un conflicto fundamental entre la relatividad general y la mecánica cuántica, los dos pilares de la física del siglo XX.
Si refutamos una de las condiciones de la paradoja de la información, podemos resolver la paradoja en sí. Una de las condiciones es el teorema de no tener pelo.
Las implicaciones de este descubrimiento serán significativas. "Si podemos demostrar que el espacio-tiempo real de un agujero negro fuera del agujero negro es diferente de lo que esperamos ver, entonces creo que hará una gran diferencia para la relatividad general", dijo Medeiros, coautor de la revista October report. , que se centra en si la geometría observada de los agujeros negros coincide con los supuestos.
Quizás la parte más emocionante del estudio, sin embargo, es que allana el camino para combinar las observaciones de los agujeros negros y la física fundamental. Encontrar pelos en los agujeros negros quizás en los laboratorios astrofísicos más extremos del universo puede permitir que se exploren ideas como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de formas que nunca antes habían sido posibles.
Resulta que las ecuaciones de Einstein son tan complejas que descubrimos nuevas propiedades cada año.
Paul Chesler
"Uno de los grandes problemas con la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica es que estas suposiciones son difíciles de probar", dice Medeiros, "así que si tenemos algo que se pueda verificar incluso de forma remota, es asombroso".
Sin embargo, también existen serios obstáculos. No hay certeza sobre la existencia de agujeros negros casi extremos. Según Chesler, los mejores modelos en este momento tienden a formar agujeros negros que son un 30% diferentes de los valores extremos. E incluso si existen agujeros casi extremos, no está del todo claro si los detectores de ondas gravitacionales son lo suficientemente sensibles como para detectar inestabilidad en el cabello.
Además, se supone que el cabello es extremadamente fugaz y dura una fracción de segundo.
Pero el informe en sí parece sólido. "No creo que nadie en la comunidad dude de eso", dijo Chesler.
El siguiente paso es ver qué señales detectaremos con los detectores de ondas gravitacionales: actualmente estamos trabajando con LIGO y Virgo, pero se están lanzando nuevos instrumentos, por ejemplo, LISA, un experimento conjunto de la Agencia Espacial Europea y la NASA en el estudio de ondas gravitacionales.
“Ahora deberíamos confiar en su trabajo y calcular realmente cuál será la frecuencia de la radiación gravitacional. Es importante comprender cómo podemos medirlo e identificarlo ”, dice Helvi Vitek , astrofísico de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign.
Si bien las posibilidades de encontrar cabello no son tan grandes, tal descubrimiento arrojaría dudas sobre la teoría de la relatividad general de Einstein y probaría la existencia de agujeros negros casi extremos.
“Nos gustaría saber si la naturaleza permite que exista una bestia así”, dice Hannah.