Los agujeros negros tienen pelos de energía cero rodeando el horizonte de sucesos

Los agujeros negros pueden lucir una rutilante cabellera compuesta por fantasmales partículas de energía cero, según una nueva hipótesis propuesta por Stephen Hawking y otros físicos.

El nuevo estudio, publicado el 5 de enero en arXiv, propone que al menos parte de la información devorada por un agujero negro se almacena en estos pelos eléctricos. Sin embargo, la nueva propuesta no demuestra que toda la información que entra en un agujero negro se conserve.

«La pregunta del millón es si toda la información se almacena de esta manera, y no hemos hechos avances al respecto», dijo el autor del estudio Andrew Strominger, físico de la Universidad de Harvard en Massachusetts. «Parece poco probable que el tipo de pelo que hemos descrito sea lo suficientemente rico como para almacenar toda la información».

Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros negros son objetos celestes extremadamente densos que deforman el espacio-tiempo tan fuertemente que no hay luz o materia que pueda escapar de sus garras. Algunos agujeros negros primordiales se formaron poco después del Big Bang y pueden ser del tamaño de un solo átomo tan masiva como una montaña, según la NASA. Otros se forman como estrellas gigantes que colapsan sobre sí mismas, mientras que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el corazón de casi todas las galaxias.

En la década de 1960, el físico John Wheeler y sus colegas propusieron que los agujeros negros «no tienen pelo», una metáfora que significa que fueron despojados de todas las particularidades complicadas. En la formulación de Wheeler, todos los agujeros negros eran idénticos excepto por su giro, momento angular y la masa.

Radiación de Hawking

Luego, en la década de 1970, Stephen Hawking propuso la idea de que ahora se llama la radiación de Hawking. En esta formulación, todos los agujeros negros registran una «fuga» de masa en forma de partículas cuánticas fantasmales que escapan a lo largo del tiempo. Con el tiempo, la radiación de Hawking hace que los agujeros negros se evaporen por completo, dejando un vacío único. Los vacíos dejados por estos agujeros negros, de acuerdo con la teoría original, serían idénticos, y por lo tanto incapaces de almacenar información acerca de los objetos de los que se formaron, dijo Strominger.

Dado que la radiación de Hawking que escapa de un agujero negro es completamente al azar, eso significaría que los agujeros negros pierden información en el tiempo, y no habría forma de saber mucho acerca de los objetos celestes de los que se formaron los agujeros negros. Sin embargo, esa idea crea una paradoja, porque en la escala más pequeña, las leyes de la física son completamente reversibles, es decir, la información que existía en el pasado debe ser teóricamente recuperable. En los últimos años, Hawking ha caminado hacia atrás en la noción de pérdida de información y admitió que los agujeros negros almacenan información después de todo.

En los últimos años, Strominger ha estado desmantelando algunas de estas nociones. En primer lugar, se hizo la pregunta: ¿Qué sucede si se añade un fotón «suave» –una partícula de luz sin energía– al vacío dejado atrás después de que un agujero negro se haya evaporado?

Aunque la mayoría de la gente nunca ha oído hablar de fotones blandos, las partículas están en todas partes, dijo Strominger. Otras partículas, denominadas gravitones suaves, son partículas cuánticas hipotéticas que transmiten la gravedad. Aunque nunca se han detectado, la mayoría de los físicos creen que existen estas partículas y también son increíblemente abundantes, precisó.

«Cada colisión en el Gran Colisionador de Hadrones produce un número infinito de fotones y gravitones suaves», dijo Strominger. «Estamos nadando en ellos todo el tiempo».

Copo de nieve celestial

Después de trabajar a través de las ecuaciones, Strominger –junto con Hawking y Malcolm Perry, físicos de la Universidad de Cambridge– encontró que el vacío dejado por el agujero negro tendría la misma energía pero diferente momento angular después de la adición de un fotón suave. Eso significa que el estado de vacío de un agujero negro que se evapora es una especie de copo de nieve celestial, con sus propiedades individuales dependientes de su origen e historia.

«Lejos de ser un simple objeto, es como un gran disco duro que puede almacenar en esencia una cantidad infinita de información en forma de estos fotones de energía cero y gravitones», declaró Strominger a Live Science.

El nuevo trabajo es una extensión de un breve documento que Hawking publicó en 2014, en el que argumentó que el horizonte de sucesos, o el punto de no retorno antes de que un objeto sea tragado en un agujero negro para siempre, no puede ser un límite fijo. El nuevo documento plantea que los pelos de fotones y gravitones suaves bordean el horizonte de sucesos de un agujero negro.

El problema es que esta información está «increíblemente cifrada», por lo que recuperarla de un agujero negro es similar a rescatar lo que alguien quemó en una hoguera, dijo Strominger.