Cuando uno piensa en agujeros negros, quizá la imagen que viene a la mente es la de una estrella colapsando por su propio peso, o incluso los efectos visuales espectaculares de las simulaciones que muestran cómo estos objetos devoran materia y distorsionan el espacio-tiempo a su alrededor. Pero, ¿qué tan realista sería crear un agujero negro usando, digamos, un sistema de lentes que enfoque luz o radiación?
En el artículo que referencio abajo, los investigadores exploran la idea de producir un agujero negro mediante el enfoque de radiación, ya sea mediante luz láser concentrada o el colapso de ondas gravitacionales en la región cercana a un agujero negro. Pero desde el comienzo, la pregunta es desafiante. No basta con simplemente concentrar mucha energía; hay varios factores físicos fundamentales que limitan la posibilidad de que esta energía logre colapsar en una singularidad.
La Paradoja de la Luz Colapsada
Para que se forme un agujero negro, se requiere que la energía o masa esté contenida en un volumen tan pequeño que su densidad sea extrema. En términos de la teoría de la relatividad general, esto implica cumplir con la "conjetura del aro" de Kip Thorne, que básicamente dice que si logramos comprimir suficiente energía en una región cerrada lo suficientemente pequeña, un horizonte de eventos debería aparecer, sellando esa región como un agujero negro.
El artículo detalla varios experimentos teóricos sobre cómo podría lograrse esto con radiación. Uno de los ejemplos es tomar dos haces de luz extremadamente potentes, focalizarlos y hacerlos colisionar. Sin embargo, aquí surge un obstáculo casi insalvable: las ondas de luz paralelas, o haces de luz colimados, en realidad no se atraen entre sí en el vacío. Es decir, si enfocamos un rayo láser poderoso, no colapsará solo, por más energía que le pongamos. Esto se debe a la naturaleza de las soluciones de las ecuaciones de Einstein para ondas planas; estas soluciones sugieren que el espacio-tiempo no se curva de manera que cause un colapso bajo estas condiciones.
El Límite de la Luminosidad y la Conservación de Energía
Incluso si intentáramos superponer radiación de varias fuentes, los autores muestran que hay un límite superior a la luminosidad que puede concentrarse en una región sin que se difracte o se "escape". Este límite está relacionado con las propiedades fundamentales del espacio-tiempo en cuatro dimensiones. De hecho, cualquier intento de incrementar la energía en un punto mediante radiación, rápidamente se enfrenta al problema de la dispersión y la difracción. En palabras simples, la luz no se puede apilar de manera infinita; eventualmente, las leyes de conservación impiden que el sistema alcance la densidad necesaria para formar un agujero negro.
La "Trampa de Luz" y el Problema del Anillo de Fotones
Una idea adicional que se examina es la de utilizar un agujero negro preexistente como "trampa de luz". Los agujeros negros poseen una región especial llamada "anillo de fotones", donde la luz puede orbitar de forma continua sin escapar ni caer hacia el centro. Imaginemos que un cataclismo cósmico, como la colisión de dos estrellas de neutrones o agujeros negros, genera una gran cantidad de radiación y la dirige hacia este anillo de fotones. ¿Sería posible, entonces, que esta radiación se acumule hasta formar un agujero negro secundario en la periferia del primero?
Nuevamente, los cálculos no son favorables. La luz que llega al anillo de fotones tiende a perder energía con cada órbita y, por lo tanto, se disipa. Además, para que se acumule suficiente energía en esa región, la luz tendría que estar extremadamente sintonizada y enfocada, un escenario que se vuelve altamente improbable en el entorno caótico de una colisión cósmica.
Los Límites de la Imaginación Científica
El estudio de si podemos crear un agujero negro "artificialmente" mediante el enfoque de radiación es fascinante porque toca las fronteras del conocimiento en relatividad general y teoría de campos. A través de un análisis detallado, el artículo concluye que, si bien nuestra tecnología y teoría han avanzado notablemente, aún estamos lejos de ser capaces de manipular la energía en la forma y densidad que requeriría para crear un agujero negro mediante el enfoque de radiación.
Estos resultados también invitan a una reflexión sobre los límites del poder humano y la comprensión de las leyes fundamentales del universo. Si bien la física moderna nos ha llevado a realizar proezas inimaginables hace un siglo, hay barreras naturales que simplemente no se pueden cruzar. Esto no significa que la búsqueda de estas respuestas sea inútil; al contrario, es este tipo de exploración la que nos lleva a entender más profundamente el universo y nuestro lugar en él.
Referencia: https://arxiv.org/pdf/2410.23347
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