La relatividad general de Albert Einstein es, sin duda, una de las construcciones intelectuales más formidables de la historia. Nos ha permitido predecir desde las ondas gravitacionales hasta la existencia de los agujeros negros, pero las matemáticas que la sustentan son tan endiabladamente complejas que, a menudo, los físicos tienen que hacer "trampas" analíticas para que las ecuaciones cuadren, simplificando los escenarios.
Un problema con solución. Hasta ahora sabíamos describir matemáticamente un agujero negro que rota y también sabíamos describir un universo en expansión. Lo que parecía imposible desde hace casi 90 años era unir ambas cosas en una sola métrica exacta. Algo que se ha resuelto gracias a un investigador español.
El eslabón perdido. El hito lo ha logrado Alejandro Peña Peña, investigador de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), y su trabajo acaba de ser publicado en la prestigiosa revista Physics Letters B. Lo que Peña ha conseguido es algo que los astrofísicos llevaban décadas persiguiendo: una solución exacta a las ecuaciones de Einstein para una masa en rotación inmersa en un universo que se expande.
Un gran logro. Para entender la magnitud del logro, hay que mirar atrás, puesto que en 1963, el matemático Roy Kerr encontró la solución para un agujero negro rotatorio, pero asumía que el universo a su alrededor era estático y vacío. Por otro lado, teníamos el modelo FLRW, que describe la expansión cosmológica a gran escala, y la métrica de McVittie, que lograba encajar un agujero negro sin rotación en un universo en expansión.
Aquí faltaba la pieza clave: el agujero negro realista (que rota) en el universo realista (que se expande).
La solución. La nueva solución matemática desarrollada en la UAM es un triunfo de la elegancia teórica porque funciona a la perfección en todos los límites:
- Si le quitas la expansión al universo, la fórmula se convierte exactamente en la solución de Kerr.
- Si le quitas la rotación al agujero negro, recuperas la métrica de McVittie.
- Si te alejas lo suficiente del agujero negro, las matemáticas te devuelven la pura geometría de un universo en expansión (FLRW).
Un revés inesperado. Más allá de la proeza matemática, este artículo tiene consecuencias directas y muy profundas sobre cómo entendemos el cosmos hoy en día. En los últimos años, había cobrado mucha fuerza una hipótesis fascinante que es el "acoplamiento cosmológico". Algunos teóricos sugerían que los agujeros negros estaban acoplados a la expansión del universo, es decir, a medida que el universo se expandía, los agujeros negros crecían en masa sin necesidad de engullir nueva materia. Bajo esta premisa teórica, los agujeros negros podrían ser la fuente de la misteriosa energía oscura que acelera la expansión del cosmos.
Sin embargo, este trabajo le da un golpe de realidad a esta idea, puesto que, al aplicar la nueva métrica exacta, la conclusión de Peña apunta que la masa del agujero negro no crece acoplada a la expansión del universo.
Un cambio. La solución matemática demuestra que el agujero negro y la expansión cósmica, aunque coexisten en el mismo marco espaciotemporal, no se retroalimentan de esa manera. Esto debilita enormemente la hipótesis de que los agujeros negros sean los motores de la energía oscura, obligando a la cosmología a seguir buscando a los culpables de la expansión acelerada en otra parte.
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En Xataka | Llevábamos 50 años creyendo que la materia oscura existía. Un nuevo estudio cree que nos equivocábamos
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La noticia Llevábamos casi un siglo sin poder resolver este enigma matemático de Einstein. Un investigador de la UAM acaba de encontrar la solución fue publicada originalmente en Xataka por José A. Lizana .
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