No hay agujeros negros a partir de la luz

La existencia de agujeros negros causados por concentraciones extremadamente altas de luz, teorizada durante las últimas siete décadas, resulta imposible en nuestro universo actual.

Se había especulado que estos agujeros negros especiales, denominados kugelblitze, podrían estar relacionados con fenómenos astronómicos como la materia oscura, e incluso se han sugerido como la fuente de energía de los hipotéticos motores de naves espaciales en un futuro lejano. Sin embargo, físicos teóricos de las universidades de Waterloo y Complutense de Madrid han advertido que no se han tenido en cuenta los efectos cuánticos que lo impiden. Publican sus hallazgos en Physical Review Letters.

"Los agujeros negros más conocidos son los causados por enormes concentraciones de materia regular que colapsa bajo su propia gravedad", dijo en un comunicado Eduardo Martín-Martínez, quien es profesor de matemáticas aplicadas y física matemática y afiliado del Instituto Perimeter de Física Teórica. "Dado que, en la teoría de la relatividad general de Einstein, cualquier tipo de energía curva el espacio-tiempo, se ha especulado durante mucho tiempo que una enorme concentración de energía en forma de luz podría conducir a un colapso similar. Sin embargo, esta predicción se hizo sin tener en cuenta los efectos cuánticos".

El equipo construyó un modelo matemático, teniendo en cuenta los efectos cuánticos, que demostró que la concentración de luz necesaria para crear kugelblitze sería decenas de órdenes de magnitud mayor que la observada en los cuásares, los objetos más brillantes de nuestro universo.

"Mucho antes de que se pudiera alcanzar esa intensidad de luz, primero se producirían ciertos efectos cuánticos", dijo José Polo-Gómez, candidato a doctorado en matemáticas aplicadas e información cuántica. "Una concentración de luz tan fuerte conduciría a la creación espontánea de partículas como pares electrón-positrón, que se alejarían muy rápidamente de la zona".

Aunque las condiciones necesarias para lograr tal efecto son imposibles de probar en la Tierra con la tecnología actual, el equipo puede confiar en la precisión de sus predicciones porque se basan en los mismos principios matemáticos y científicos que impulsan las tomografías por emisión de positrones (PET).

"Una forma de entender este fenómeno es pensar en la aniquilación de la materia y la antimateria, como lo que sucede durante las tomografías PET. "Los electrones y sus antipartículas (positrones) pueden aniquilarse entre sí y desintegrarse en pares de fotones, o ‘partículas’ de luz", dijo Martín-Martínez. "Nuestros resultados son consecuencia del fenómeno llamado 'polarización del vacío' y del efecto Schwinger, y aunque explicarlos en pocas palabras puede resultar complicado, una forma útil de pensar en ello es la siguiente: el fenómeno que hemos predicho y que impediría la creación de agujeros negros a partir de la luz es, en muchos sentidos, lo opuesto al fenómeno de desintegración materia-antimateria que se produce en una tomografía por emisión de positrones: cuando hay una gran concentración de fotones, estos pueden desintegrarse en pares electrón-positrón, que se dispersan rápidamente llevándose consigo la energía y evitando el colapso gravitacional".

Si bien la imposibilidad de realizar un kugelblitze puede resultar decepcionante para los astrofísicos, el descubrimiento es un logro importante en el tipo de investigación de física fundamental que permite la colaboración entre las matemáticas aplicadas, el Perimeter Institute y el Institute for Quantum Computing de Waterloo.

"Si bien estos descubrimientos pueden no tener aplicaciones conocidas en este momento, estamos sentando las bases para las innovaciones tecnológicas de nuestros descendientes", afirmó Polo-Gómez. "La ciencia detrás de las máquinas de escaneo PET alguna vez fue simplemente teórica, y ahora hay una en cada hospital".