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Un equipo de físicos ha descubierto un nuevo enfoque que redefine la concepción de un agujero negro al cartografiar su estructura detallada.
Su estudio, publicado en el Journal of High Energy Physics, detalla nuevas estructuras teóricas llamadas “superlaberintos” que ofrecen una visión más universal de los agujeros negros al campo de la física teórica. Basados en la teoría de cuerdas, los superlaberintos son fundamentales para comprender la estructura de los agujeros negros a nivel microscópico.
“La relatividad general es una teoría poderosa para describir la estructura a gran escala de los agujeros negros, pero es un instrumento muy limitado para describir su microestructura”, afirmó en un comunicado Nicholas Warner, coautor del estudio y profesor de física, astronomía y matemáticas en la Facultad de Letras, Artes y Ciencias Dornsife de la USC. En un marco de teorías que van más allá de las ecuaciones de Einstein, los superlaberintos proporcionan un retrato detallado de la estructura microscópica de los agujeros negros de brana.
REINVENTANDO EL AGUJERO NEGRO
Los agujeros negros son objetos cuya gravedad es lo suficientemente fuerte como para atrapar la luz, y el agujero negro tradicional de la relatividad general está rodeado por un horizonte de sucesos. Visto desde fuera del horizonte de sucesos, dicho agujero negro carece de rasgos distintivos, lo cual es fundamentalmente incompatible con la mecánica cuántica. Dentro del ámbito de la gravedad cuántica, que trasciende la relatividad general, los agujeros negros deben exhibir una gran cantidad de microestructura.
La teoría de cuerdas puede lograr esto reemplazando los agujeros negros tradicionales por objetos conceptuales conocidos como “bolas de pelusa”. El trabajo de Warner muestra cómo se pueden construir bolas de pelusa a partir de superlaberintos de objetos físicos en el espacio-tiempo de dimensiones superiores, creando un objeto que se comporta como un agujero negro y, sin embargo, exhibe toda su estructura.
“Supongamos que quisieras una imagen del Juicio Final de Miguel Ángel: la relatividad general, con sus horizontes, es como usar una cámara con un solo píxel”, dijo Warner. Solo se ve una mancha de color. Nuestro trabajo anterior nos proporcionó una imagen de unos 1.000 píxeles: contornos de estructuras y parte del sombreado. Los superlaberintos son como tener miles de millones de píxeles que nos permiten admirar la obra maestra con todo detalle.
Los superlaberintos recrean agujeros negros en la teoría M La nueva investigación se centra en la teoría M, un marco teórico de la física relacionado con la teoría de cuerdas. La teoría M postula que las cuerdas -los componentes fundamentales del universo- no son unidimensionales. En cambio, existen en dimensiones superiores como branas, abreviatura de ‘membranas’, que son objetos físicos que se extienden en múltiples dimensiones espaciales. Las branas tienen superficies multidimensionales que desempeñan un papel fundamental en la teoría de cuerdas y la teoría M.
En este artículo, exploramos sistemas de branas M2 (bidimensionales) y M5 (pentadimensionales) que se intersecan en el ámbito de la supergravedad, que es una aproximación de baja energía a la teoría M -afirmó Warner-. Consideramos el laberinto como el ‘sustrato’ sobre el cual se puede codificar toda la información sobre lo que creó el agujero negro o sobre lo que alguna vez cayó en él.
Al investigar la función de laberinto que rige estas intersecciones de branas, el estudio revela cómo estos tienen la capacidad de reproducir la entropía de los agujeros negros y, potencialmente, describir sus microestados.
UN NUEVO ENFOQUE PARA CARTOGRAFIAR LOS AGUJEROS NEGROS
Las intersecciones de branas se han estudiado ampliamente en la teoría de cuerdas, pero el nuevo artículo rediseña estas ideas para proporcionar nuevas geometrías que puedan describir los agujeros negros. El estudio desarrolla una “función de laberinto”, una nueva construcción matemática que caracteriza las soluciones para sistemas de branas M2 y M5 que se intersecan en supergravedad. La función laberinto debe obedecer a una ecuación diferencial no lineal similar a la famosa ecuación de Monge-Ampère, que rige la geometría y la dinámica de las intersecciones de las branas M2 y M5.
“Las funciones de laberinto desempeñan un papel fundamental al vincular las configuraciones de branas con las soluciones de supergravedad, lo que a su vez proporciona una nueva forma de explorar los microestados de los agujeros negros“, afirmó Warner. “La función laberinto es la cámara de mil millones de píxeles que nos permite obtener una imagen profunda y detallada de la microestructura de los agujeros negros”.
Warner añadió que este es solo el primer paso de un programa más amplio para desarrollar una descripción completa de la microestructura de los agujeros negros de branas, basada en la teoría de cuerdas.