campo escalar sin masa

Un agujero negro girado casi hasta su límite se parece a un atleta que se equilibra al borde del récord. Lo más interesante no ocurre dentro del agujero, sino en la finísima película del espacio-tiempo en su horizonte.

Un agujero negro clásico es un pozo sin fondo: todo lo que cae más allá del horizonte desaparece en un punto de densidad infinita.

La luz que viene de lejos rodea un agujero negro como un ciclista toma una curva cerrada. Un poco más cerca, y ya está dando vueltas en una esfera invisible de fotones. Esa esfera existe en todo agujero negro, pero normalmente es inestable: el más mínimo empujón y la luz escapa o cae hacia adentro.

Un agujero negro es un colosal remolino cósmico que arrastra todo lo que se acerca. Pero además de la materia visible, en sus alrededores puede flotar una niebla invisible: el campo escalar. Los físicos han estudiado su comportamiento. A diferencia de la materia ordinaria, el campo no necesariamente cae al horizonte.

$$10^{-35}$$ segundos. Un instante diminuto en el que el universo se expande $$10^{26}$$ veces. Inmediatamente después, atraviesa miles de transformaciones rápidas — como una canica saltando a lo largo de una cadena de túneles. Esta cascada constituye la esencia de la inflación en cadena, propuesta por primera vez por Alan Guth.

Una nube de ondas colapsa bajo su propia gravedad. Mientras está difusa, todo sigue el libro de texto: el campo oscila ligeramente en un espacio casi plano, y las fórmulas aproximadas funcionan perfectamente. Pero basta con añadir un poco más de energía y el panorama cambia. Los físicos usaron un modelo numérico para captar el momento en que los cálculos simples dejan de describir la realidad.

En el centro de una galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo, y a su alrededor se extiende una enorme nube difusa de materia oscura. No brilla, no calienta, pero con su gravedad curva el espacio y cambia las reglas del juego para todo lo que gira cerca.

La gravedad es el pegamento invisible que mantiene unidas a las estrellas y los planetas. Pero, ¿y si este pegamento tuviera una masa diminuta? En la teoría de la gravedad masiva, las partículas portadoras (llamadas gravitones) pesan muy poco, pero no cero. Esto cambia las reglas del juego cerca de los agujeros negros.

La muerte de una estrella masiva no es solo un destello de supernova, sino también el nacimiento de un agujero negro.

El centro de atención es un agujero negro de forma inusual. Su geometría recuerda a un huso: a la rotación habitual se le añade una ligera elongación. El parámetro B mide esta deformación. La deformación de huso no es solo un juguete matemático.

El mundo cuántico a menudo se compara con un instrumento musical. Cada sistema, ya sea un átomo o una cadena de partículas, suena en sus propias frecuencias, que los físicos llaman niveles de energía. En los sistemas caóticos, como en una orquesta sin director, estas frecuencias suelen llenar todo el rango disponible sin huecos.

En la teoría clásica, un agujero negro es un lugar donde la materia se comprime en un punto de densidad infinita. Esa "singularidad" parece un error en las ecuaciones: es poco probable que la naturaleza tolere infinitos.

En el centro de un agujero negro ordinario, según las ideas clásicas, se esconde una singularidad: un punto de densidad infinita donde las leyes de la física dejan de funcionar. Pero algunas teorías inspiradas en la dualidad de la teoría de cuerdas proponen sustituir ese punto por una diminuta región «difuminada».

El interior de un agujero negro está formado por capas, como una cebolla. En el nuevo modelo, en lugar de un punto infinito en el centro, hay tres regiones: un núcleo denso, una capa de transición y una corteza justo bajo el horizonte. Todas surgen de un único campo que interactúa consigo mismo.

Un agujero negro en un libro de texto se asemeja a una esfera perfectamente lisa: todo lo que está afuera puede escapar tranquilamente al infinito. Sin embargo, la teoría cuántica de la gravedad pinta un cuadro diferente.

El cosmos está atravesado por campos magnéticos. Los tienen las galaxias, las estrellas e incluso los vacíos casi vacíos (enormes regiones vacías entre cúmulos de galaxias). Normalmente se cree que los campos se amplifican a partir de campos 'semilla' débiles gracias a la turbulencia, como una dinamo.

Un agujero negro con campo magnético se asemeja a un remolino en un río donde el agua no se precipita hacia el embudo, sino que gira en el sitio. Normalmente, la rotación del agujero captura las ondas y las amplifica, lo que se conoce como superradiancia. Pero si se añade un campo magnético, todo cambia.

Una estrella diminuta orbita alrededor de un agujero negro gigante en rotación. Poco a poco se acerca en espiral, y esta danza dura miles de años. Durante todo ese tiempo, ondas se propagan por el espacio, como círculos en el agua, solo que estas son ondas gravitacionales. Se pueden "escuchar" con detectores especiales.

El espacio-tiempo no está vacío: tiembla. Tras el Big Bang, el universo estaba lleno del zumbido de las ondas gravitacionales, similar al grave tañido de una campana gigante.

En el microcosmos de la interacción fuerte —el pegamento más poderoso de la naturaleza— los quarks nunca pasean solos. A grandes distancias se agrupan en los familiares protones y neutrones.

En el centro de una galaxia, un agujero negro enorme está envuelto en una nube invisible: un enjambre de partículas ultraligeras que él mismo generó. En esa nube se sumerge otro agujero negro, del tamaño de una estrella, y comienza un largo baile en espiral. El acercamiento dura millones de años, pero los eventos más dramáticos ocurren justo en el horizonte.

Dos imanes chocan en una habitación oscura, se pegan formando un bulto y se oye un golpe sordo. Más o menos así se comportan los agujeros negros, solo que en lugar de imanes tienen carga eléctrica y en lugar del golpe, una ráfaga de ondas gravitacionales.

Sería un billar extraño si las bolas no tuvieran masa. No chocarían, sino que pasarían unas a través de otras sin notar obstáculos. Así se ve aproximadamente el intento de imaginar la luz como un flujo de partículas clásicas: pequeños corpúsculos elásticos que vuelan en línea recta. Una nueva demostración pone fin a esta imagen.

Un agujero de gusano se parece a un túnel con una garganta muy estrecha. Si envías una señal sonora por ese túnel, parte del eco regresará, pero otra parte se quedará atrapada en el medio y saldrá muy lentamente.

Si tiras una piedra a un estanque, se forman ondas en el agua. De manera similar, un agujero negro «suena» cuando cae materia en él o cuando su espacio-tiempo se sacude ligeramente. Estas oscilaciones amortiguadas se denominan modos cuasinormales, como el tañido de una campana que se va apagando poco a poco.

El vacío sabe dar sorpresas. En la relatividad general existe una solución donde el propio espacio engendra un agujero negro, literalmente desde un punto. Todo comienza en el instante en que el horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar) aparece con radio cero y de inmediato empieza a crecer.

La luz más antigua del universo viaja hacia nosotros desde hace casi 14 mil millones de años. Nació cuando el cosmos apenas se volvió transparente, y desde entonces su plano de oscilación se ha ido girando de manera casi imperceptible.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

En la imagen tradicional, un agujero negro es un abismo sin rostro en el espacio-tiempo. Pero si a su alrededor vibra una envoltura de materia, el hueco entre el borde del abismo y esa envoltura se convierte en una cavidad resonante.

Arroja un puñado de arena en agua tranquila: los círculos se expandirán y desaparecerán. Arrójalo en una batidora en funcionamiento: los remolinos lo mezclarán todo al instante. En física hay una regla similar: el caos no puede crecer más rápido que cierto ritmo.

Una bola esponjosa de telaraña invisible envuelve a un agujero negro. Esa telaraña es la materia oscura, que no brilla pero con su peso gobierna el movimiento de las estrellas en las afueras de las galaxias.

La materia ordinaria, descrita por el Modelo Estándar, está formada por estrellas, planetas y luz. Pero constituye solo una pequeña parte del cosmos. El resto es materia oscura, nacida tras el Big Bang. ¿De qué está hecha? Posiblemente de partículas ultraligeras.

Normalmente, un agujero negro es un abismo con un colapso puntual en el centro, donde la densidad es infinita y todo se rompe. Einstein y Schwarzschild describieron tal escenario. Pero el infinito es señal de que la teoría ha tropezado.

El sonido viaja a través de un medio a una velocidad determinada. Si el medio se mueve más rápido, el sonido es arrastrado por el flujo, como una astilla atrapada en un remolino. En el helio superfluido —un líquido sin fricción— la rotación rápida genera vórtices-remolinos.

Einstein y Rosen imaginaron un puente que conecta dos hojas de la realidad. Wheeler le dio un nombre — agujero de gusano, y Thorne con Morris demostraron: el túnel es transitable si se rellena con materia exótica.

Un imán acercado a un puñado de limaduras de hierro las alinea a lo largo de líneas invisibles: así el campo rodea el imán de polo a polo. De manera similar se puede visualizar la gravedad alrededor de cuerpos masivos: solo que en lugar de limaduras está el propio espacio, y en lugar de un imán, una estrella o un agujero negro.

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.

Un columpio se balancea cada vez más fuerte si lo empujas al ritmo adecuado. Un mecanismo similar se activa cuando una estrella muerta orbita un agujero negro masivo envuelto en una nube de partículas ultraligeras. Estas partículas son candidatas a materia oscura (la sustancia invisible que mantiene a las galaxias unidas).

Un campo magnético puede impedir que una estrella colapse por completo: así funciona la idea de este nuevo agujero negro. En lugar del familiar punto de densidad infinita, en su interior hay un campo que impide que el espacio se contraiga hasta cero. Es como un muelle: cuanto más lo comprimes, más resistencia opone.

Una peonza girada al límite cambia el movimiento del aire a su alrededor: este se arremolina de forma distinta que en una que apenas gira. Con los agujeros negros en algunas teorías extendidas de la gravedad ocurre algo parecido.