El cosmos parece tener preferencia por las cosas que son redondas. Los planetas y las estrellas tienden a ser esferas porque la gravedad atrae las nubes de gas y polvo hacia el centro de masa. Lo mismo vale para los agujeros negros, o, para ser más precisos, los horizontes de eventos de los agujeros negros, que deben, según la teoría, tener forma esférica en un universo con tres dimensiones de espacio y una de tiempo.
Pero, ¿se aplican las mismas restricciones si nuestro universo tiene dimensiones superiores, como se postula a veces, dimensiones que no podemos ver pero cuyos efectos aún son palpables? En esos entornos, ¿son posibles otras formas de agujeros negros?
La respuesta a la última pregunta, nos dicen las matemáticas, es sí. Durante las últimas dos décadas, los investigadores han encontrado excepciones ocasionales a la regla que limita los agujeros negros a una forma esférica.
Ahora, un nuevo artículo va mucho más allá y muestra en una prueba matemática radical que es posible un número infinito de formas en las dimensiones cinco y superiores. El artículo demuestra que las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein pueden producir una gran variedad de agujeros negros de aspecto exótico y dimensiones superiores.
El nuevo trabajo es puramente teórico. No nos dice si tales agujeros negros existen en la naturaleza. Pero si de alguna manera tuviéramos que detectar agujeros negros de formas tan extrañas, tal vez como los productos microscópicos de las colisiones en un colisionador de partículas, "eso mostraría automáticamente que nuestro universo tiene dimensiones superiores", dijo Marcus Khuri, un geómetra de la Universidad de Stony Brook y coautor del nuevo trabajo junto con Jordan Rainone, un reciente doctorado en matemáticas de Stony Brook. "Así que ahora es cuestión de esperar para ver si nuestros experimentos pueden detectar alguno".
Como tantas historias sobre agujeros negros, esta comienza con Stephen Hawking, específicamente con su prueba de 1972 de que la superficie de un agujero negro, en un momento fijo en el tiempo, debe ser una esfera bidimensional. (Si bien un agujero negro es un objeto tridimensional, su superficie tiene solo dos dimensiones espaciales).
Se pensó poco en extender el teorema de Hawking hasta las décadas de 1980 y 1990, cuando creció el entusiasmo por la teoría de cuerdas, una idea que requiere la existencia de quizás 10 u 11 dimensiones. Luego, físicos y matemáticos comenzaron a considerar seriamente lo que estas dimensiones adicionales podrían implicar para la topología de los agujeros negros.
Los agujeros negros son algunas de las predicciones más desconcertantes de las ecuaciones de Einstein: 10 ecuaciones diferenciales no lineales vinculadas que son increíblemente difíciles de manejar. En general, solo pueden resolverse explícitamente en circunstancias muy simétricas y, por lo tanto, simplificadas.
En 2002, tres décadas después del resultado de Hawking, los físicos Roberto Emparan y Harvey Reall —ahora en la Universidad de Barcelona y la Universidad de Cambridge, respectivamente— encontraron una solución de agujero negro altamente simétrica para las ecuaciones de Einstein en cinco dimensiones (cuatro del espacio más uno de tiempo). Emparan y Reall llamaron a este objeto un "anillo negro", una superficie tridimensional con los contornos generales de una rosquilla.
Es difícil imaginar una superficie tridimensional en un espacio de cinco dimensiones, así que imaginemos un círculo ordinario. Para cada punto de ese círculo, podemos sustituirlo por una esfera bidimensional. El resultado de esta combinación de un círculo y esferas es un objeto tridimensional que podría considerarse como una rosquilla sólida y grumosa.
En principio, estos agujeros negros con forma de rosquilla podrían formarse si estuvieran girando a la velocidad adecuada. “Si giran demasiado rápido, se romperían, y si no giran lo suficientemente rápido, volverían a ser una pelota”, dijo Rainone. "Emparan y Reall encontraron un punto óptimo: su anillo giraba lo suficientemente rápido como para permanecer como una dona".
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