Singularidad del agujero negro
Los agujeros negros son uno de los fenómenos más misteriosos del Universo. En pocas palabras, son regiones del espacio-tiempo que presentan dos rasgos característicos: un punto en el espacio-tiempo con densidad y curvatura infinitas llamado singularidad (que tiene una atracción gravitatoria infinita) y un límite que, una vez que se cruza, nunca se puede volver al mundo exterior, llamado horizonte de sucesos.
En el instante de la singularidad, el tejido del espacio-tiempo se desgarra y las leyes de la Relatividad General se van al garete, así como nuestro poder de predicción, lo que limita la validez de la teoría, ya que sólo funcionaría en determinadas regiones del universo. Para solucionar esto, Roger Penrose sugirió en los años 60 que las singularidades deben aparecer siempre cubiertas por un horizonte de sucesos. Esta propuesta se conoció como Conjetura de la Censura Cósmica Débil (WCCC). De este modo, se protegía la integridad de la Relatividad General, ya que nunca podríamos observar una ruptura de las leyes de la física desde el exterior.
Estos estudios afirman que las singularidades desnudas pueden aparecer en nuestro universo utilizando diferentes mecanismos. Por ejemplo, el proceso de evaporación de Hawking puede convertir un agujero negro cargado eléctricamente en una singularidad desnuda sin horizonte, o bien, un colapso de nubes de polvo en un universo teórico de 5 dimensiones con una determinada masa también podría encogerse para formar una “singularidad repentina”.
El universo de la singularidad
En física, existe la hipótesis especulativa de que, si existiera un agujero negro con la misma masa, carga y momento angular que un electrón, compartiría otras propiedades de éste. En particular, Brandon Carter demostró en 1968 que el momento magnético de un objeto de este tipo coincidiría con el de un electrón[1]. Esto es interesante porque los cálculos que ignoran la relatividad especial y tratan al electrón como una pequeña esfera giratoria de carga dan un momento magnético aproximadamente dos veces menor que el valor experimental (véase Relación giromagnética).
Sin embargo, los cálculos de Carter también muestran que un posible agujero negro con estos parámetros sería “super-extremo”. Así, a diferencia de un verdadero agujero negro, este objeto mostraría una singularidad desnuda, es decir, una singularidad en el espaciotiempo no oculta tras un horizonte de sucesos. También daría lugar a curvas de tiempo cerradas.
La electrodinámica cuántica estándar (QED), actualmente la teoría más completa de las partículas, trata al electrón como una partícula puntual. No hay pruebas de que el electrón sea un agujero negro (o una singularidad desnuda) o no. Además, dado que el electrón es de naturaleza mecánica-cuántica, cualquier descripción puramente en términos de relatividad general es paradójica hasta que la investigación desarrolle un modelo mejor basado en la comprensión de la naturaleza cuántica de los agujeros negros y el comportamiento gravitacional de las partículas cuánticas. Por lo tanto, la idea de un electrón de agujero negro sigue siendo estrictamente hipotética, actualmente.
Singularidad infalible
En relatividad general, una singularidad desnuda es una hipotética singularidad gravitatoria sin horizonte de sucesos. En un agujero negro, la singularidad está completamente rodeada por un límite conocido como horizonte de sucesos, dentro del cual la curvatura del espaciotiempo causada por la singularidad es tan fuerte que la luz no puede escapar. Por tanto, los objetos que se encuentran dentro del horizonte de sucesos -incluida la propia singularidad- no pueden observarse directamente. Una singularidad desnuda, por el contrario, sería observable desde el exterior.
La existencia teórica de singularidades desnudas es importante porque su existencia significaría que sería posible observar el colapso de un objeto hasta una densidad infinita. También causaría problemas fundacionales para la relatividad general, porque ésta no puede hacer predicciones sobre la evolución del espacio-tiempo cerca de una singularidad. En los agujeros negros genéricos, esto no es un problema, ya que un espectador externo no puede observar el espacio-tiempo dentro del horizonte de sucesos.
Las singularidades desnudas no se han observado en la naturaleza. Las observaciones astronómicas de los agujeros negros indican que su velocidad de rotación está por debajo del umbral para producir una singularidad desnuda (parámetro de giro 1). El GRS 1915+105 es el que más se acerca al límite, con un parámetro de giro de 0,82-1,00.[1]
Cómo de pequeña es una singularidad
La singularidad es un punto adimensional que contiene una masa enorme en un espacio infinitivamente pequeño donde la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y el espacio-tiempo se curva infinitamente, por lo que las leyes de la Física no operan. En esencia, es el punto donde todas las leyes de la Física cesan y dejan de operar. Cualquier objeto que se acerque a la singularidad en el centro se convertirá en un espagueti debido a la creciente atracción gravitacional en diferentes partes de la misma. El objeto que se acerca desaparece en la singularidad. La teoría de la relatividad de Albert Einstein sugiere que un observador que observe desde el exterior verá que el objeto se mueve cada vez más lentamente hasta que se colapse y, por lo tanto, nunca llegue a caer en la singularidad.
Según la teoría de la relatividad, las singularidades se encuentran en el centro del agujero negro, rodeadas por un horizonte de sucesos que las hace inobservables. Ahora varias teorías modernas sugieren que las singularidades pueden existir fuera del horizonte de sucesos, tratadas como Singularidades Desnudas. Si las singularidades desnudas existen en la realidad, seguramente estarán en contradicción con la teoría de la relatividad de Einstein. La existencia de singularidades desnudas es una gran amenaza para la relatividad general, ya que de alguna manera da la idea de que la relatividad general se ha roto. Ocurre en condiciones en las que el efecto cuántico debería ser más importante. La teoría de la relatividad disminuye la gravedad como un producto del efecto de la materia en el espacio-tiempo y sus relaciones con las otras leyes de la ciencia, sobre todo con las leyes de la física.