Caída en el agujero negro de McVittie: un salto a una cascada en expansión ✛

Original: "Can you fall into a McVittie black hole? Will you survive?"
· Brien C. Nolan
arXiv:2509.18903 · 2025-09-23 · CC BY 4.0 · 3 min
Un observador en caída libre alcanza el horizonte del agujero negro de McVittie en un tiempo propio finito, pero su destino depende de la constante cosmológica.

Una cascada no pregunta si estás listo para saltar. Su corriente se acelera y, en cierto punto, ni siquiera la luz puede escapar. El agujero negro de McVittie es una cascada así, pero no en un río común, sino en un universo en expansión: aquí el agua es el propio espacio, que se estira continuamente, alejando las galaxias unas de otras.

Durante mucho tiempo no estuvo claro si era posible caer en este agujero. Las partículas del fluido cósmico, esa "agua", no caen en él, sino que se alejan hacia el infinito, como si la corriente las arrastrara. Pero un observador en caída libre, como una piedra lanzada a la cascada, sí alcanza el horizonte en un tiempo propio finito. Esto se demuestra en el nuevo trabajo: las trayectorias de las geodésicas temporales, los caminos de los cuerpos en caída libre, conducen al horizonte de sucesos, la frontera de la que no se puede regresar.

El horizonte del agujero negro de McVittie con constante cosmológica positiva se encuentra entre 2m y 3m, donde m es la masa del agujero. No es una esfera estática de Schwarzschild, sino una superficie que flota en el flujo cosmológico.

Pero, ¿qué le espera al aventurero en el borde mismo? La respuesta depende de la constante cosmológica, la energía del espacio vacío. Si es positiva, todos los invariantes escalares de curvatura, incluidos los campos de Jacobi (la medida del estiramiento de trayectorias vecinas) y los componentes de curvatura en un sistema transportado en paralelo, permanecen finitos en el horizonte. El cuerpo lo cruza sin catástrofe. Sin embargo, si la constante cosmológica es cero, aparece una grieta en este panorama: el escalar de segundo orden diverge como el factor gamma, y algunos componentes de curvatura, como R0i0i, explotan. Esto significa que un cuerpo extenso, a pesar de la finitud de los campos de Jacobi, puede ser desgarrado por fuerzas de marea, como un nadador a quien el remolino no retuerce de inmediato, sino en la segunda vuelta.

Antes se pensaba que si los campos de Jacobi eran finitos, el observador sobrevivía. El nuevo trabajo muestra que hay que mirar las derivadas superiores de la curvatura. Es como comprobar no solo la fuerza del golpe de la ola, sino también su tirón. Para los agujeros negros de McVittie con Λ=0, el tirón resulta mortal. La investigación llena un vacío importante: por primera vez se demuestra que las partículas masivas pueden caer en un agujero así, y se revela una posible singularidad débil en el horizonte. Aplicaciones prácticas de este conocimiento aún no hay; es física pura, pero aclara cómo se comportan los agujeros negros en un universo en expansión.

La cascada sigue fluyendo, y ahora sabemos que el salto es posible, pero no siempre seguro. El siguiente paso es estudiar cómo se comportan los cuerpos extensos teniendo en cuenta los momentos multipolares, y cómo interactúan los campos de prueba con el horizonte. Quizás entonces comprendamos dónde está exactamente la línea entre sobrevivir y desintegrarse en este flujo cósmico.

Las partículas del fluido cósmico en el modelo de McVittie no caen en el agujero negro, sino que se alejan hacia el infinito, mientras que los observadores en caída libre alcanzan el horizonte en un tiempo finito.

ds^2 = -\alpha dt^2 - 2\beta dt dr + \gamma dr^2 + r^2 d\Omega^2
Métrica con funciones α=1-2m/r-r²H², β=rHγ^{1/2}, γ=(1-2m/r)^{-1}
\nabla_f \nabla_e R_{abcd} \nabla^f \nabla^e R^{abcd} \sim \frac{25}{512} \frac{\kappa^2}{m^8} \gamma
El escalar de segundo orden diverge como γ al acercarse al horizonte
Científicos
Stephen HawkingJacob BekensteinFritz ZwickyBernhard RiemannJoseph WeberKarl Schwarzschild
Conceptos
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