singularidad gravitacional

History

En 1916, Karl Schwarzschild obtuvo una solución de las ecuaciones de Einstein que describía un cuerpo esférico donde aparecía una singularidad. Más tarde, John Wheeler acuñó el nombre «agujero negro», y Stephen Hawking demostró que las singularidades se forman inevitablemente al morir las estrellas grandes.

How it works

Cuando una estrella muy masiva agota su combustible, su núcleo se desploma hacia dentro. La gravedad comprime la materia tanto que incluso los núcleos atómicos se desintegran, y todo colapsa en un punto infinitamente pequeño: la singularidad. La curvatura del espacio-tiempo se vuelve tan empinada que cualquier camino conduce solo hacia adentro, como el agua que cae en un embudo inevitablemente va hacia el desagüe. Por eso ni la luz ni la materia pueden escapar de vuelta.

History

En 1916, Karl Schwarzschild obtuvo una solución de las ecuaciones de Einstein que describía un cuerpo esférico donde aparecía una singularidad. Más tarde, John Wheeler acuñó el nombre «agujero negro», y Stephen Hawking demostró que las singularidades se forman inevitablemente al morir las estrellas grandes.

How it works

Cuando una estrella muy masiva agota su combustible, su núcleo se desploma hacia dentro. La gravedad comprime la materia tanto que incluso los núcleos atómicos se desintegran, y todo colapsa en un punto infinitamente pequeño: la singularidad. La curvatura del espacio-tiempo se vuelve tan empinada que cualquier camino conduce solo hacia adentro, como el agua que cae en un embudo inevitablemente va hacia el desagüe. Por eso ni la luz ni la materia pueden escapar de vuelta.

History

En 1916, Karl Schwarzschild halló una solución exacta de las ecuaciones de Einstein para una distribución de masa con simetría esférica que contenía una singularidad en el centro (en r=0). Durante mucho tiempo se consideró una curiosidad matemática. En la década de 1960, John Wheeler y sus colegas desarrollaron el concepto de agujero negro como objeto astrofísico real. Los teoremas de singularidades, demostrados por Roger Penrose (1965) y Stephen Hawking, mostraron que en el colapso gravitacional la singularidad surge inevitablemente. Más tarde, Hawking aplicó la teoría cuántica a los agujeros negros y predijo una radiación que debería provocar su evaporación; en ese proceso, la singularidad posiblemente se difumina por fluctuaciones cuánticas.

How it works

Cuando una estrella con masa superior al límite de Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 3 masas solares) agota su combustible nuclear, la presión de neutrones degenerados resulta incapaz de resistir la gravedad. El núcleo colapsa, la materia se comprime y el espacio-tiempo se curva tan intensamente que la métrica de la ecuación de Schwarzschild se vuelve singular. Dentro del horizonte de sucesos, la coordenada radial se vuelve temporaloide, de modo que cualquier movimiento se dirige hacia la singularidad. Las correcciones cuánticas cambian el escenario: la radiación de Hawking puede llevarse masa y, posiblemente, información; en una teoría completa de gravedad cuántica, la singularidad probablemente se suaviza o desaparece.

Open problems & fun facts

¿Son las singularidades objetos físicos reales o solo indican la incompletitud de la teoría clásica? ¿Las suaviza la gravedad cuántica?; ¿Por qué la singularidad del Big Bang tenía una entropía insignificantemente pequeña, mientras que los agujeros negros poseen una entropía enorme?; ¿Cómo superar el problema de la pérdida de información en los agujeros negros (paradoja de la información)?; ¿Cuál de las teorías de gravedad cuántica (teoría de cuerdas, gravedad cuántica de bucles) describe las singularidades y ofrece predicciones verificables?

💡 En las soluciones para agujeros negros cargados (Reissner-Nordström) o rotantes (Kerr), con parámetros extremos, el horizonte de sucesos puede desaparecer, dejando al descubierto la singularidad. Una singularidad desnuda así sería visible para un observador lejano, lo cual está prohibido por el hipotético principio de «censura cósmica», formulado por Roger Penrose.