Matemáticos Demuestran la Posibilidad de Agujeros Negros Extremales
Ahora, dos matemáticos han demostrado que Hawking y sus colegas estaban equivocados. El nuevo trabajo—contenidos en un par de trabajos recientes de Christoph Kehle del Instituto Tecnológico de Massachusetts y Ryan Unger de la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Berkeley—demuestra que no hay nada en nuestras leyes de física conocidas que impida la formación de un agujero negro extremal. Su prueba matemática es “hermosa, técnicamente innovadora y físicamente sorprendente”, dijo Mihalis Dafermos, un matemático de la Universidad de Princeton (y asesor doctoral de Kehle y Unger). Insinuó un universo potencialmente más rico y variado en el que “los agujeros negros extremales podrían estar ahí afuera, astrofísicamente”, agregó.
Eso no significa que realmente existan. “El hecho de que exista una solución matemática con propiedades agradables no necesariamente significa que la naturaleza la aproveche”, dijo Khanna. “Pero si de alguna manera encontramos uno, realmente nos haría pensar en lo que nos falta”. Tal descubrimiento, señaló, tiene el potencial de generar “algunas preguntas bastante radicales”.
La Ley de la Imposibilidad
Antes de la prueba de Kehle y Unger, había buenas razones para creer que los agujeros negros extremales no podían existir. En 1973, Bardeen, Carter y Hawking introdujeron cuatro leyes sobre el comportamiento de los agujeros negros. Se asemejaban a las cuatro leyes de la termodinámica que se habían establecido hace mucho tiempo—un conjunto de principios sagrados que estipulan, por ejemplo, que el universo se vuelve más desordenado con el tiempo, y que la energía no puede crearse ni destruirse.
Christoph Kehle, un matemático del Instituto Tecnológico de Massachusetts, recientemente refutó una conjetura de 1973 sobre agujeros negros extremales. En su artículo, los físicos demostraron sus tres primeras leyes de la termodinámica de agujeros negros: la ley cero, la primera y la segunda. Por extensión, asumieron que la tercera ley (al igual que su contraparte en termodinámica estándar) también sería cierta, aunque aún no habían podido probarla.
Esa ley afirmaba que la gravedad superficial de un agujero negro no puede disminuir a cero en un tiempo finito—en otras palabras, que no hay forma de crear un agujero negro extremal. Para respaldar su afirmación, el trío argumentó que cualquier proceso que permitiera que la carga o el giro de un agujero negro alcanzara el límite extremal también podría resultar potencialmente en la desaparición de su horizonte de eventos. Se cree ampliamente que los agujeros negros sin un horizonte de eventos, llamados singularidades desnudas, no pueden existir. Además, dado que se sabe que la temperatura de un agujero negro es proporcional a su gravedad superficial, un agujero negro sin gravedad superficial también tendría una temperatura de cero. Un agujero negro así no emitiría radiación térmica—algo que Hawking propuso más tarde que los agujeros negros debían hacer.
En 1986, un físico llamado Werner Israel pareció resolver el problema cuando publicó una prueba de la tercera ley. Supongamos que quieres crear un agujero negro extremal a partir de uno regular. Podrías intentar hacerlo haciéndolo girar más rápido o añadiendo más partículas cargadas. La prueba de Israel parecía demostrar que hacer esto no podría forzar la gravedad superficial de un agujero negro a caer a cero en un tiempo finito.
La Muerte de la Tercera Ley
Kehle y Unger no se propusieron encontrar agujeros negros extremales. Se toparon con ellos totalmente por accidente. Estaban estudiando la formación de agujeros negros cargados eléctricamente. “Nos dimos cuenta de que podíamos hacerlo”—crear un agujero negro—”en todas las proporciones carga-masa”, dijo Kehle. Eso incluía el caso donde la carga es lo más alta posible, una característica de un agujero negro extremal.
Después de demostrar que los agujeros negros extremales altamente cargados son matemáticamente posibles, Ryan Unger de la Universidad de Stanford ahora está tratando de mostrar que también lo son los que giran rápidamente. Pero es un problema mucho más difícil.
Dafermos reconoció que sus exestudiantes habían descubierto un contraejemplo a la tercera ley de Bardeen, Carter y Hawking: habían mostrado que, de hecho, podían cambiar un agujero negro típico en uno extremal dentro de un periodo de tiempo finito. Kehle y Unger empezaron con un agujero negro que no rota y no tiene carga, y modelaron lo que podría suceder si se colocara en un entorno simplificado llamado campo escalar, que asume un fondo de partículas uniformemente cargadas. Luego, golpearon el agujero negro con pulsos del campo para añadirle carga.
Fuente y créditos: www.wired.com
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