Una nueva investigación sugiere que los objetos extremos conocidos como «kugelblitze» (agujeros negros formados únicamente por luz) son imposibles en nuestro universo, lo que supone un desafío. La teoría de la relatividad general de EinsteinEl descubrimiento impone importantes restricciones a los modelos cosmológicos y demuestra cómo mecánica cuántica y la relatividad general pueden conciliarse para abordar cuestiones científicas complejas.
Agujeros negros —objetos masivos con una atracción gravitatoria tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de su alcance— se encuentran entre los objetos más intrigantes y extraños del universo. Por lo general, se forman a partir del colapso de estrellas masivas al final de sus ciclos de vida, cuando la presión de las reacciones termonucleares en sus núcleos ya no puede contrarrestar la fuerza de gravedad.
Sin embargo, existen hipótesis más exóticas sobre la formación de agujeros negros. Una de ellas implica la creación de un «kugelblitz», que en alemán significa «rayo en forma de bola» (la forma plural es «kugelblitze»).
«Un kugelblitz es un agujero negro hipotético que, en lugar de formarse a partir del colapso de ‘materia ordinaria’ (cuyos componentes principales son protones, neutrones y electrones), se forma a partir de la concentración de enormes cantidades de radiación electromagnética, como la luz», dijo el coautor del estudio. José Polo Gómezfísico de la Universidad de Waterloo y del Instituto Perimetral de Física Teórica en Canadá, a Live Science en un correo electrónico.
«Aunque la luz no tiene masa, sí transporta energía», afirmó Polo-Gómez, y añadió que, en la teoría de la relatividad general de Einstein, la energía es la responsable de crear curvaturas en el espacio-tiempo que dan lugar a atracciones gravitacionales. «Por eso, en principio es posible que la luz forme agujeros negros, si concentramos suficiente cantidad en un volumen lo suficientemente pequeño», afirmó.
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Estos principios son válidos en el marco de la relatividad general clásica, que no tiene en cuenta los fenómenos cuánticos. Para explorar el posible impacto de los efectos cuánticos en la formación de kugelblitz, Polo-Gómez y sus colegas examinaron la influencia del efecto Schwinger.
«Cuando hay una energía electromagnética increíblemente intensa, por ejemplo, debido a enormes concentraciones de luz, parte de esta energía se transforma en materia en forma de pares electrón-positrón», dijo el autor principal del estudio. Álvaro Álvarez-Domínguez «Se trata de un efecto cuántico llamado efecto Schwinger. También se conoce como polarización del vacío», explicó a Live Science el profesor del Instituto de Física de Partículas y Cosmos (IPARCOS) de la Universidad Complutense de Madrid.
En su estudiarque ha sido aceptado para su publicación en la revista Cartas de revisión física Aunque todavía no se ha publicado, el equipo calculó la velocidad a la que los pares electrón-positrón producidos en un campo electromagnético agotarían su energía. Si esta velocidad supera la velocidad de reposición de la energía del campo electromagnético en una región determinada, no se puede formar un kugelblitz.
El equipo descubrió que, incluso en las circunstancias más extremas, la luz pura nunca podría alcanzar el umbral de energía necesario para formar un agujero negro.
«Lo que demostramos es que los kugelblitze son imposibles de formar concentrando la luz, ya sea artificialmente en el laboratorio o en escenarios astrofísicos naturales», dijo el coautor del estudio. Luis J. Garaytambién de IPARCOS, dijo a Live Science. «Por ejemplo, incluso si usáramos el espectro más intenso, láseres En la Tierra, todavía estaríamos a más de 50 órdenes de magnitud de la intensidad necesaria para crear un kugelblitz».
Este hallazgo tiene profundas implicaciones teóricas, ya que restringe significativamente los modelos astrofísicos y cosmológicos considerados anteriormente que presuponen la existencia de kugelblitze. También frustra cualquier esperanza de estudiar experimentalmente los agujeros negros en entornos de laboratorio creándolos mediante radiación electromagnética.
Sin embargo, el resultado positivo del estudio muestra que los efectos cuánticos pueden integrarse eficientemente en problemas que involucran la gravedad, proporcionando así respuestas claras a preguntas científicas reales.
«Desde un punto de vista teórico, este trabajo muestra cómo los efectos cuánticos pueden jugar un papel importante en la comprensión de los mecanismos de formación y aparición de objetos astrofísicos», afirmó Polo-Gómez.
Inspirados por sus hallazgos, los investigadores planean continuar explorando la influencia de los efectos cuánticos en varios fenómenos gravitacionales, que tienen importancia tanto práctica como fundamental.
«Varios de nosotros estamos muy interesados en continuar el estudio de las propiedades gravitacionales de la materia cuántica, particularmente en escenarios donde esta materia cuántica viola las condiciones energéticas tradicionales», dijo Eduardo Martín Martíneztambién de la Universidad de Waterloo y del Perimeter Institute. «Este tipo de materia cuántica puede, en principio, dar lugar a espacios-tiempos exóticos, dando lugar a efectos como la gravedad repulsiva o produciendo soluciones exóticas». como el motor warp de Alcubierre o agujeros de gusano atravesables.»
