En astronomía, usualmente exploramos el pasado para entender el futuro, y lo hacemos a través de estudios y de hacernos preguntas, como ¿qué destino espera a los restos estelares cuando todo haya terminado? La respuesta podría estar en la física cuántica y la relatividad que va más allá de los agujeros negros.
La teoría de la Radiación de Hawking plantea que los agujeros negros se evaporan lentamente por efectos cuánticos cerca de su horizonte de eventos. Pero ¿qué pasa con los objetos que no tienen tal horizonte, como una estrella de neutrones o una enana blanca? Hasta ahora, se pensaban eternos, salvo por la especulativa desintegración del protón.
Un nuevo modelo propuesto cambia este panorama pues se afirma que la curvatura del espacio-tiempo, con o sin horizonte, puede generar pares de partículas que escapan, lo que lleva a una forma de evaporación cuántica generalizada en donde todos los objetos densos están condenados a desaparecer.
Este fenómeno se asemeja al efecto Schwinger, donde un campo eléctrico crea pares de partículas virtuales. En el nuevo estudio, la gravedad curvada hace lo mismo, aunque el proceso es extremadamente lento, implicando que ninguna estrella, ni siquiera las más frías y apagadas pueden vivir para siempre, aunque parezcan eternas.
Curvas, partículas y radiación invisible
El estudio se basa en una teoría cuántica que dice que cuando la curvatura del espacio-tiempo es suficientemente fuerte, puede “separar” pares virtuales de partículas antes de que se aniquilen, naciendo así partículas reales y energía que pueden medirse.
Para ello, los autores modelaron objetos como si fueran esferas (de densidad constante) que funciona como una buena aproximación para estrellas de neutrones, posteriormente calculan cuánto tiempo tardarían en evaporarse bajo esta nueva forma de radiación midiendo la pérdida de energía, la cual sorprendentemente sucede, incluso, sin horizonte de eventos.
El proceso tiene dos componentes: una emisión directa, como en los agujeros negros, y otra desde la superficie del objeto, cuando las partículas creadas dentro impactan y calientan la materia donde, al final ambas contribuyen al enfriamiento y posterior evaporación del remanente estelar.
Los resultados muestran que cuanto mayor es la densidad del objeto, más rápido se evapora, esto fija un límite superior a la duración de la materia visible del universo ya que solamente dependerá de su densidad y no de su estructura interna, como se pensaba previamente.
Tiempos de vida para una eternidad
Una estrella de neutrones típica, con masa similar al Sol pero mucho más compacta, tendría una vida máxima de unos 10⁶⁸ años (un uno y sesenta y ocho ceros), que aunque parezca eterno, es un número finito y es comparable al tiempo de vida de un agujero negro estelar.
Las enanas blancas, menos densas, vivirían aún más: hasta 10⁷⁸ años (diez ceros más que la anterior). Mientras que los agujeros negros supermasivos, como el de la galaxia M87, alcanzarían increíbles 10⁹⁶ años antes de evaporarse, aquí podemos comparar incluso a la Luna que tendría un tiempo de vida máximo de 10⁸⁹ años.
Esta fórmula también predice que objetos hipotéticos con densidades superiores a 10⁵³ gramos por cm³ —como los remanentes del universo temprano o estructuras del tipo cuerdas cósmicas— ya habrían desaparecido, pues su tiempo de vida sería menor que la edad actual del universo.
La escala de Planck se define como la densidad de masa del universo en la era de Planck, justo después del Big Bang, y se considera una unidad extremadamente alta, equivalente a una cantidad enorme de masa comprimida en un volumen muy pequeño.
Esto implica que ninguna estructura estable puede existir en densidades cercanas a la escala de Planck. Una predicción teórica que podría restringir algunos modelos cosmológicos, incluyendo teorías de cuerdas y ciertos escenarios de inflación.
¿Y si quedan estrellas de otro universo?
En este punto, los autores hicieron especulaciones pensando en qué pasaría si el universo fuera cíclico, ¿podrían existir remanentes de estrellas de universos anteriores? Lo más probable es que su detección sea improbable, pues incluso la más antigua se estaría apenas desintegrando hoy.
Además, si estas partículas creadas por curvatura llevan información sobre el objeto que las emitió, podríamos estar frente a un nuevo camino para explorar el enigma de la información cuántica, aún no resuelto en los agujeros negros y para los cuales aún no tenemos los estudios, simulaciónes ni tecnología suficiente para entender.
La física no ha observado directamente esta forma de radiación, pero tampoco la ha descartado. Es como la radiación de Hawking, que es casi imposible de detectar, pero crucial para entender los límites del tiempo y la materia y que si se llegara a encontrar, ya no le valdría el Nobel al finado Stephen.
En última instancia, el estudio no sólo amplía los efectos cuánticos gravitacionales a todo tipo de remanentes estelares, sino que nos recuerda que, aunque vivamos en un universo estable, su estabilidad tiene fecha de expiración, sólo hay que esperar… unos cuantos trillones de trillones de años.
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