El giro sorprendente de la teoría de cuerdas: los agujeros negros podrían ser defectos en el espacio-tiempo

Por Paul M. Sutter, Universe Today 17 de mayo de 2023

Un equipo de físicos teóricos, utilizando la teoría de cuerdas, ha descubierto una nueva estructura en el espacio-tiempo conocida como "solitón topológico". Estas estructuras parecen a los observadores externos como agujeros negros, pero en realidad son defectos en la estructura del universo, desprovistos de materia o fuerzas.

Los físicos teóricos han descubierto una nueva estructura espacio-temporal llamada "solitón topológico". Estas estructuras, que se asemejan a los agujeros negros para los observadores distantes, son en realidad defectos en la estructura del universo y carecen de un horizonte de sucesos. Este hallazgo podría ayudar a validar la teoría de cuerdas, aunque hasta el momento no ha sido probado.

Un equipo de físicos teóricos ha descubierto una extraña estructura en el espacio-tiempo que para un observador externo parecería exactamente un agujero negro, pero que si se mira más de cerca sería todo lo contrario: serían defectos en el tejido mismo del universo.

La teoría general de la relatividad de Einstein predice la existencia de agujeros negros, que se forman cuando colapsan estrellas gigantes. Pero esa misma teoría predice que sus centros son singularidades, que son puntos de densidad infinita. Como sabemos que en realidad no pueden existir densidades infinitas en el universo, tomamos esto como una señal de que la teoría de Einstein está incompleta. Pero después de casi un siglo de buscar extensiones, aún no hemos confirmado una teoría de la gravedad mejor.

Vista artística de un sistema binario de agujeros negros. Crédito: LIGO/Caltech/MIT/Estado de Sonoma (Aurore Simonnet)

Pero sí tenemos candidatos, incluida la teoría de cuerdas. En la teoría de cuerdas, todas las partículas del universo son en realidad bucles microscópicos de cuerda que vibran. Para soportar la amplia variedad de partículas y fuerzas que observamos en el universo, estas cuerdas no pueden simplemente vibrar en nuestras tres dimensiones espaciales. En lugar de ello, tiene que haber dimensiones espaciales adicionales que se enrosquen sobre sí mismas en variedades tan pequeñas que escapen a la atención y a la experimentación cotidianas.

Esa estructura exótica en el espacio-tiempo dio a un equipo de investigadores las herramientas que necesitaban para identificar una nueva clase de objeto, algo que llaman solitón topológico. En su análisis, descubrieron que estos solitones topológicos son defectos estables en el propio espacio-tiempo. No requieren materia ni otras fuerzas para existir: son tan naturales en la estructura del espacio-tiempo como las grietas en el hielo.

Los investigadores estudiaron estos solitones examinando el comportamiento de la luz que pasaría cerca de ellos. Debido a que son objetos de espacio-tiempo extremo, curvan el espacio y el tiempo a su alrededor, lo que afecta la trayectoria de la luz. Para un observador distante, estos solitones aparecerían exactamente como predecimos que aparecerán los agujeros negros. Tendrían sombras, anillos de luz, las obras. Las imágenes derivadas del Telescopio Horizonte de Sucesos y las firmas de ondas gravitacionales detectadas se comportarían todas de la misma manera.

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> agujero negro. Una de las características clave de un agujero negro es su horizonte de sucesos, una superficie imaginaria de la que si la cruzaras no podrías escapar. Los solitones topológicos, dado que no son singularidades, no presentan horizontes de eventos. Así que, en principio, podrías acercarte a un solitón y sostenerlo en tu mano, suponiendo que hayas sobrevivido al encuentro.

Estos solitones topológicos son objetos increíblemente hipotéticos, basados ​​en nuestra comprensión de la teoría de cuerdas, que aún no se ha demostrado que sea una actualización viable de nuestra comprensión de la física. Sin embargo, estos objetos exóticos sirven como importantes estudios de prueba. Si los investigadores pueden descubrir una diferencia observacional importante entre los solitones topológicos y los agujeros negros tradicionales, esto podría allanar el camino para encontrar una manera de probar la propia teoría de cuerdas.

Adaptado de un artículo publicado originalmente en Universe Today.