agujeros negros en el mundo de branas

Un agujero negro suena como una campana tras el golpe. Ese tañido son las ondas gravitacionales que captan los detectores. Pero, ¿qué cambia si el espacio alrededor del agujero está curvado no solo por su masa, sino también por una corrección cuántica adicional?

El objeto cósmico gira, pero su sombra no es redonda. Los astrofísicos examinaron un agujero negro en una versión inusual de la gravedad: el llamado mundo brana (donde nuestro Universo es una superficie tridimensional en un espacio de más dimensiones).

La luz del comienzo del universo ha viajado hacia nosotros durante 13,8 mil millones de años. Durante ese tiempo, su polarización —la dirección de sus oscilaciones— podría haber sufrido un giro, como la aguja de una brújula que alguien gira imperceptiblemente. Los físicos llaman a este fenómeno birrefringencia cósmica.

Un agujero negro sentado sobre una delgada membrana universal (la brana) se asemeja a una bola pesada que estira una lámina elástica. En la física clásica es calvo: solo masa, carga y rotación.

La gravedad es una fuerza asombrosamente débil. Un pequeño imán sostiene un clip desafiando la atracción de todo un planeta. Los físicos han buscado durante mucho tiempo la causa de esta debilidad, y una de las conjeturas nos lleva a dimensiones ocultas. Quizás la gravedad se 'extiende' por ellas, perdiendo fuerza en nuestro mundo tridimensional.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

El mundo que nos rodea es tridimensional, pero quizá sea solo una apariencia. Algunas teorías admiten que el espacio contiene dimensiones adicionales, plegadas o estiradas de manera especial. Uno de esos modelos dibuja un universo de cinco dimensiones con una dimensión "diluida" (llamada dilatón lineal).

El horizonte de un agujero negro se asemeja a una película de jabón estirada sobre el abismo. Desde fuera parece perfectamente liso, pero de cerca tiembla. Esta ondulación nace de las fluctuaciones cuánticas: la creación y aniquilación continuas de partículas en el vacío.

El cuadro del universo, que conocemos por los libros de texto de Einstein, es un lienzo suave de cuatro dimensiones. Pero la teoría de cuerdas añade un marco de dimensiones adicionales, invisible pero tangible para la gravedad. Imagina nuestro Universo como una membrana que tiembla bajo la presión de capas ocultas.

En la teoría cuántica de campos hay una ley estricta: la señal no puede superar a la luz. Esto es la causalidad: el fundamento sobre el que se sostiene el orden de los eventos. Pero cerca de los agujeros negros, este fundamento comienza a agrietarse, especialmente si el agujero no es del todo ordinario.

Los agujeros negros pueden emitir calor. Tienen temperatura, entropía (una medida del desorden) y otras características termodinámicas. Normalmente, para calcularlas, primero hay que construir el propio agujero negro: resolver las complejas ecuaciones de la curvatura del espacio-tiempo.

Dos partículas separadas por kilómetros cambian de estado de manera coordinada, como si no hubiera distancia entre ellas. Esto se llama entrelazamiento cuántico, y desde su descubrimiento ha dejado perplejos a los físicos: ningún portador conocido puede viajar más rápido que la luz, y las correlaciones aparecen al instante.

En los discos de acreción que rodean los núcleos de galaxias activas — los cuásares, descubiertos por Maarten Schmidt en los lejanos años sesenta — bulle un río de gas y polvo incandescentes. En sus remansos, donde se calman los flujos turbulentos, contra todo pronóstico, nacen planetas.

En 2019, la imagen de la sombra de M87* fue una sensación: por primera vez la humanidad veía los contornos de un agujero negro, predicho por Schwarzschild y rodeado de mitos. Pero, ¿y si esa media luna brillante no es el autorretrato de un abismo absoluto, sino de un portal cósmico?

Nuestro universo se comporta como una película elástica tensada: los cuerpos masivos la deforman, creando la curvatura del espacio-tiempo, es decir, la gravedad. En la teoría del mundo brana se añade una dimensión oculta, y esta película se convierte en solo una superficie en un espacio multidimensional.

El espacio-tiempo a veces se parece a una hoja de papel en la que se puede hacer un agujero y unir los bordes con un tubo corto: se obtiene un agujero de gusano. En los modelos matemáticos más simples de estos agujeros aparecen campos escalares sin masa, algo así como una niebla invisible que lo llena todo.

Golpea una campana y responderá con su nota. Del mismo modo, un agujero negro, perturbado por la caída de una estrella o de otro agujero, comienza a "sonar", emitiendo ondas gravitacionales. Pero en lugar de sonido, es un estremecimiento del propio espacio, y en lugar de una sola nota, un conjunto de frecuencias amortiguadas.

Los detectores de ondas gravitacionales funcionan como micrófonos sensibles que captan el temblor del espacio causado por catástrofes cósmicas lejanas. Cuando dos agujeros negros se fusionan en uno, el objeto recién nacido resuena como una campana, y ese tañido es una «voz» única de la gravedad.

Un enjambre de espejos y antenas envuelve un agujero negro como las abejas a su colmena. Pero en lugar de miel, esta estructura recolecta energía suficiente para alimentar una conciencia del tamaño de una galaxia.

En el mundo que conocemos hay tres dimensiones espaciales. Sin embargo, la física teórica admite la existencia de direcciones adicionales, ocultas a la observación directa, compactificadas, es decir, enrolladas hasta tamaños microscópicos.