El cosmos parece tienen preferencia por las cosas 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 ocurre con los agujeros negros -o, para ser más precisos, los horizontes de sucesos de los agujeros negros- que, según la teoría, deben tener forma esférica en un universo de tres dimensiones de espacio y una de tiempo.
Pero, ¿se aplican las mismas restricciones si nuestro universo tiene dimensiones superiores, como a veces se postula, dimensiones que no podemos ver pero cuyos efectos aún son palpables? Dentro de estos parámetros, ¿son posibles otras formas de agujeros negros?
La respuesta a esta 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 papel va mucho más allá, mostrando en una prueba matemática radical que un número infinito de formas son posibles en las dimensiones cinco y superiores. El artículo demuestra que las ecuaciones generales de la relatividad de Albert Einstein pueden producir una amplia variedad de agujeros negros de aspecto exótico y dimensiones superiores.
El nuevo trabajo es puramente teórico. Esto no nos dice si tales agujeros negros existen en la naturaleza. Pero si de alguna manera pudiéramos detectar agujeros negros de forma tan extraña, tal vez como los productos microscópicos de las colisiones en un colisionador de partículas, «mostraría automáticamente que nuestro universo es dimensionalmente superior», dijo. marcus khuritopógrafo de la Universidad de Stony Brook y coautor del nuevo trabajo con Jordan Rainone, un doctorado reciente en matemáticas de Stony Brook. «Así que ahora es cuestión de esperar para ver si nuestros experimentos pueden detectar alguno».
rosquilla de agujero negro
Como ocurre con tantas historias de agujeros negros, esta comienza con Stephen Hawking, específicamente con su prueba de 1972 de que la superficie de un agujero negro, en algún momento, 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. Entonces, físicos y matemáticos comenzaron a pensar seriamente en lo que estas dimensiones adicionales podrían implicar para la topología de los agujeros negros.
Los agujeros negros se encuentran entre las predicciones más desconcertantes de las ecuaciones de Einstein: 10 ecuaciones diferenciales no lineales relacionadas 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- encontró una solución de agujero negro altamente simétrica para las ecuaciones de Einstein en cinco dimensiones (cuatro del espacio más una del 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 en su lugar. Para cada punto de este círculo, podemos sustituir 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 giraran a la velocidad adecuada. «Si giran demasiado rápido, se romperán, y si no giran lo suficientemente rápido, volverán 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».
