Agujeros negros con pelo para resolver la paradoja de la información

Los agujeros negros deben su nombre a que son regiones del espacio-tiempo con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar, y que se hallan delimitadas por un horizonte que los separa de la región exterior.

Uno de los procesos de formación de agujeros negros es el colapso de una estrella muy masiva bajo el efecto de su propia gravedad tras la muerte de la misma (por agotamiento de su "combustible" energético).

El efecto gravitatorio tan fuerte de los agujero negros hace que puedan absorber materia cercana e ir así creciendo progresivamente. La presencia de estos objetos no es algo puramente teórico, sino que existen evidencias observacionales de su existencia.

Dentro de la relatividad general, que predice la existencia de agujeros negros, sus características son muy simples: sólo se diferencian en base a su masa, su carga eléctrica y su momento angular.

Esta propiedad se denomina el teorema de la ausencia de pelo y refleja el hecho de que estos agujeros no poseen ningún otro detalle ni información de la materia que los compone.

Es decir, ya podemos tener un agujero negro formado por materia o por antimateria, que si las tres propiedades anteriores son iguales, éstos van a ser indistinguibles.

La mecánica cuántica entra en juego y ya no son tan negros

La idea clásica de que los agujero negros no emitían nada sino que sólo absorbían materia fue superada en los años 70 cuando el físico Stephen Hawking determinó que éstos emitían radiación por un efecto cuántico en las cercanías de su horizonte, es la denominada radiación de Hawking.

La emisión de esta radiación hace que el agujero negro vaya evaporándose progresivamente, aunque no se sabe todavía cuál sería el estado final de este proceso.

El proceso de evaporación de agujeros negros plantea diversos interrogantes relacionados con los límites de la relatividad y su encuentro con la mecánica cuántica en ciertos regímenes. En este límite se espera que la física esté descrita por una, todavía elusiva, teoría de gravedad cuántica.

Uno de los problemas asociados a la evaporación de agujeros negros es la paradoja de la información. La información contenida en la radiación Hawking es menor que la que llevaba la materia que ha entrado en el agujero negro anteriormente, de forma que en el estado final tenemos menos información que en el inicial antes de evaporarse el agujero negro.

Esto viola un postulado de la mecánica cuántica de que la información no puede destruirse en ningún proceso. De ser esto así, no podríamos reconstruir el pasado con toda la información del presente evolucionando hacia atrás en el tiempo, es decir, las leyes de la física no serían deterministas.

A día de hoy no existe una respuesta definitiva y satisfactoria que resuelva este problema, pero existen multitud de opciones que, desde que surgiese este enigma en los años 70, lidian por encontrar una solución que nos permita entender qué pasa con la información.

Cuando los agujeros negros tienen pelo

La reciente propuesta de Stephen Hawking, Malcom Perry y Andrew Strominger encaminada a solucionar esta cuestión, parte de la idea de que quizá los agujeros negros nos son tan “calvos" como se pensaba, sino que existe más información codificada en el horizonte, a modo de píxeles cuánticos en una pantalla holográfica.

El punto de partida de esta idea proviene de las supertraslaciones, una simetría gravitatoria demostrada en los años 60 que han visto que puede aplicarse al horizonte de los agujeros negros.

Las supertraslaciones pueden verse como partículas "suaves" en el horizonte que tiene básicamente energía cero. Cuando entran partículas de materia atravesando el horizonte, emergen nuevas supertraslaciones (o partículas "suaves") asociadas a las mismas, de modo que se almacenan en el horizonte creando en él una información añadida (pelo "suave").

Posteriormente, al emerger partículas en forma de radiación Hawking, éstas se verán afectadas por esas partículas "suaves" y se llevarán la información correspondiente, de manera que ahora la información de las partículas que entran al agujero negro se ha transferido en cierta forma a las partículas que salen del mismo cuando se evapora.

Esta información se recupera de manera teórica pero de manera efectiva se puede dar por perdida, ya que estaría hecha un barullo y sería inútil a efectos prácticos.

Este concepto nuevo, aunque es muy prometedor para establecer una nueva vía de resolución de la paradoja de la información, todavía no tiene en cuenta la mecánica cuántica y, por tanto, es necesario desarrollarlo. No está claro tampoco cuánta cantidad de información se puede almacenar de esta forma, pero puede establecer un primer paso para la búsqueda de mecanismos similares, como las superrotaciones u otras simetrías "suaves" que proponen los autores que sería interesante investigar.

Así, aunque la paradoja de la información en los agujeros negros continúa siendo un misterio, esta idea proporciona un paso en una nueva dirección para resolverla. En cualquier caso, hay que tener en cuenta que quizá haya que esperar a tener una teoría completa de la gravedad para poder entenderla completamente.

Referencia bibliográfica:

Stephen W. Hawking,Malcolm J. Perry, Andrew Strominger. Soft Hair on Black Holes.  Phys. Rev. Lett. (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.231301.