Olvida los agujeros negros, vamos a buscar anillos negros

Bajo ciertas condiciones, los agujeros negros no son las singularidades matemáticas que una vez conocimos y (pensamos que) comprendíamos.

En una reciente publicación de Masashi Kimura de la Universidad de Osaka en Japón, se explora la idea de anillo oscuro en un espacio de 5 dimensiones. En el espacio que conocemos y amamos, hay tres dimensiones espaciales y una temporal. Somos criaturas tetradimensionales. Cuando apareció la Teoría de Cuerdas en la década de 1980 empezamos a apreciar de verdad que podría haber más de cuatro dimensiones en las que vivimos.

Previamente, los cosmólogos han barajado el pensamiento de que los anillos oscuros pueden existir en nuestro espacio de 4D. No obstante, el gran problema aparece cuando se intenta comprender cómo estas estructuras mantienen su forma; ¿deberían simplemente colapsar y formar agujeros negros normales? En realidad, depende de cómo de grandes sea y cómo se equilibran las fuerzas en competición.

Como el universo se está expandiendo, se cree que los anillos negros podrían existir si existen otras escalas similares a la constante cosmológica (esta constante fue derivada por Einstein para explicar un universo “plano”, pero más tarde se encontró que la constante era requerida para caracterizar la expansión universal observada por Edwin Hubble en 1929). Si existen anillos negros en un espacio-tiempo de 4D, si colapso gravitatorio sería contrarrestado por la expansión del espacio-tiempo (como está caracterizado por la constante cosmológica).

La única analogía que se me ocurre para el mundo terrestre son los anillos de burbujas (o, también, los anillos de humo). Cuando estamos bajo el agua la burbuja subirá hacia la superficie. Sin embargo, bajo la restricción de la tensión superficial, la burbuja formará la menor forma posible. Cuando se genera un anillo de burbuja, se necesita un equilibrio entre la tensión superficial y un vórtice. La tensión superficial tira hacia dentro, mientras que el vórtice mantiene la forma del anillo de burbuja, empujando hacia fuera.

En el caso del anillo oscuro, la gravedad tira hacia dentro, mientras que la expansión del universo tira hacia fuera. Esta situación, en un universo en expansión, podría generar ejemplos perdurables de anillos oscuros allí fuera.

En la investigación de Kimura, no sólo los anillos oscuros son una posibilidad, sino que podría haber un número de formas complejas distintas que podrían formarse considerando estas dimensiones extra. Cuando el universo era joven, podrían haber sido posibles múltiples anillos oscuros interactuando, finalmente fundiéndose para formar agujeros negros.

Aunque esta investigación es muy interesante, es difícil imaginar cómo podríamos observar estos anillos oscuros de dimensiones superiores. ¿Los veríamos como una singularidad (es decir, un agujero negro) en nuestro espacio de 4D? ¿O serían inobservables para los seres de dimensiones más bajas como nosotros?


Publicación: Dynamical Black Rings with a Positive Cosmological Constant, Masashi Kimura, 2009, arXiv:0904.4311v2 [gr-qc]

Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 8 de mayo de 2009
Enlace Original

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Comments (27)

  1. Turok

    Uno tiene una cierta idea de que como se forman los agujeros negros que provienen del colapso gravitatorio de estrellas masivas,aunque ignore como se forman los agujeros negros supermasivos.La pregunta sería, ¿cómo se forman estos anillos oscuros?, y también cabe preguntarse si esa 5ª dimensión en la que podrian habitar esos anillos es una dimensión de espacio o de tiempo.O si más bien habría que pensar en una topología nueva para ese universo al que por otra parte no se le caen los anilllos sean oscuros o no, si la Tierra explota mañana, o el otro..mundo de anillos oscuros.

  2. Raforrafo

    Yo, que siempre he sido un garrulo, me hago un lío del copón cuando leo este tipo de cosas. Con lo difícil que es pensar acerca de un agujero negro ahora, encima, tendremos que pensar en los anillos negros. Anillos que, por supuesto, estarán en un solo plano y en cuyo interior la singularidad será una singularidad al cubo.
    He meditado sobre ello un rato y he intentado visualizarlo y el resultado es un agujero negro con un horizonte de sucesos en forma de anillo, con un anillo entre el agujero negro y el propio horizonte de sucesos… me estoy liando…
    Os ruego que me perdoneis.

  3. Paprivi

    ¿Qué diferencias existen entre un anillo negro y un agujero negro en rotación o agujero de Kerr?

  4. Ulises2357

    A Paprivi, ninguna diferencia entre ambos anillos. Por otro lado, kanijo, lo veriamos como un aujero negro medio achatado o como dos aujeros negros que no tienen interaccion gravitatoria entre si pero estan cerca(solo hablo en 5d, sino se verian como aujeros negros con superpocicion de cargas diversas).

  5. nulo

    Cómo me gustaría entender la fundamentación teórica de ésto. Pero no me da la cabeza. Los admiro (a los que realmente pueden entenderlo). Es como si tuvieran acceso a una realidad que nosotros (los nulos) sólo podemos ver por figuritas. Ustedes, teóricos físicos, deberían gobernarnos.

  6. Fer xyz

    Todo agujero negro es anular, todos tienen momento angular.

    (Suponmgo

  7. Fer xyz


    (Supongo que el articulo se refiere a alguna teoria)

  8. Peluca

    Lo leí 3 veces (la parte donde eplica la teoría como 5 veces) para poder llegar a entenderlo… pensar que a estos tipos SE LES OCURRE y a nosotros nos cuesta tanto entenderlo cuando nos dan el conocimiento servido…

  9. Tritio

    Se podrían teoricamente atravesar?¿ qué follón mae mía.

  10. raforrafo

    A ver, que me estoy liando… dentro del anillo negro no existe singularidad? Esta solo está en el espacio que ocupa el anillo? ¿Que hay en el circulo o esfera interior del anillo?
    LLevo 3 dias sin dormir por culpa del Kimura…

  11. Pedro

    Hola, por lo que he visto en el artículo original, los anillos negros a los que se refiere son estructuras en 4 dimensiones (espaciales) más una temporal.

    Serían el producto de una esfera tridimensional por una circunferencia, lo que es una generalización de un anillo tridimensional. Si os fijais un anillo tridimensional es una serie de circunferencias que tienen su centro en cada uno de los puntos de otra circunferencia, es decir el producto de una circunferencia por otra circunferencia. En este caso sería una serie de esferas que tienen sus centros en los puntos de una circunferencia que se extendería por esa quinta dimensión.

    Por lo que yo interpreto la intersección con el espacio clásico cuatridimensional sería una esfera o agujero negro típico, puesto que en el artículo se dice que las soluciones 4-dimensionales se restringen a esferas.

    También es interesante que en el artículo de Kimura demuestra que bajo las condiciones que estudia estos anillos negros evolucionan en hiperesferas 4-dimensionales.

    Buf, espero que se entienda bien, es un poco complicado de visualizar esto de las dimensiones extra.

  12. Turok

    Brillante, Pedro.Se entiende perfectamente.Saludos desde la vigésimocuarta dimensión.Está claro que o bien eres físico o matemático.O al menos has estudiado bastante física…¿Complicado visualizar esto de las dimensiones extra?..qué generoso, Pedro; a mi ya me cuesta visualizar “cuatro dimensiones”

    • Pedro

      Gracias Turok, soy matemático, por eso aunque comprendo las matemáticas de estos artículos y los resultados, los fundamentos físicos se me escapan un poco. El truco que uso yo para visualizar estas “estructuras” en más de tres dimensiones (y creo que es el más utilizado) es lo que hice en mi explicación, intento ver cuál sería su correspondecia en dos o tres dimensiones y luego busco generalizarlo.

      • Iván

        Buf, me gustaria recibir esa explicacion en persona, porque aun habiendolo exlplicado bastante bien, sigo sin conseguir verla, solo un rudimento de lo que te refieres.

        Estos matematicos :P ;)

      • Turok

        Me alegra que seas matemático.Al fin y al cabo eso es la física basicamente.Aunque actualmente como quizás ya sepas se acusa a los físicos de haber matematizado tanto la física que se olvidan de la experimentación.Los de las cuerdas están recibiendo bastante “estopa”.Por cierto, quizás hayas oído hablar del profesor Maurice de Gosson, que da matemáticas en la Universidad de Viena.(y que ha escrito numerosos libros de mates).Resulta que tuvo el detalle de entrar aquí, en este sitio, y hacer unos comentarios sobre un estudio que Kanijo publicó aquí (sobre extrañeza cuántica y aquello del “camello simplectico”).Al principio crei que era un montaje, pero luego le mandé un mail y me respondío diciendo que sí, que era él el autor de los comentarios.Y también me dijo en otro mail que encontraba este sitio(ciencia Kanija)muy interesante y con una vertiente incluso más científica que el mismisimo “New Scientist”.Perdona este rollo, pero si cuento esto es porque me parece interesante para el prestigio de este sitio.De Gosson tiene un nombre propio en el mundo de los matemáticos.

  13. Pedro

    Bueno, yo no llego al nivel de de Gosson, todavía no he empezado ni con el doctorado. Pero sí que estoy de acuerdo con que el nivel de este sitio es muy bueno (aprovecho para agradecer a Kanijo el trabajo que se toma en traducir todos esos artículos).
    En cuanto al tema de la física teórica actual sí que es cierto que se están adentrando en temas que en muchas ocasiones no se pueden demostrar experimentalmente. Pienso que estamos en un momento muy interesante dentro de ese campo, pues están surgiendo nuevos enfoques que pueden desembocar en teorías válidas. Por lo que he visto el problema es que parece que los teóricos se entusiasman mucho con estas nuevas hipótesis y les dan una validez mayor a la que los experimentales están dispuestos a aceptar.
    Iván, no te preocupes si te cuesta verlo, todo este tema da mucho de sí y en muchas ocasiones es muy complicado hacerse una imagen mental de lo que estamos tratando.

  14. Iván

    Animo con ese doctorado.

    Si, recuerdo que hace tiempo me gustaban bastante mas que ahora mismo y las veia mejor, pero se me han atragantado un poco en la carrera y noto que he perdido un monton de practica con ellas, vamos una burrada mas bien.

    Recuerdo a un profesor de COU que nos daba matematicas y un dia tamien nos dio una de dibujo tecnico (ese si se me daba y se me da bien jeje) y a mitad de la explicacion viendo las caras del personal comento (y algo lei hace no mucho sobre el tema) que para las matematicas, sobre todo a ciertos niveles, hay que tener una cabeza “especial” (parece ser que neurologicamente es asi, no todos valen a partir de cierto nivel), aunque concluia que todos estaban locos o muy locos XD el incluido, y puedo dar fe jejeje.

    Sobre el tema de si la fisica teorica se ha hecho demasiado matematica, pues bien, es cierto, muchas de las teorias actuales son incomprobables con nuestros metodos y parecen as un artificio matematico, pero es que las matematicas lo impregnan todo, y es el lenguaje ultimo de la naturaleza.
    Otra cosa es que a todos les haya dado por ahi ahora y se les haya olvidado la experimental, no lo creo, o no del todo, pero es normal que si el campo es extremadamente amplio termines divagando por el.

  15. Sergio

    Hola a todos, antes de nada, este sitio es espectacularmente recomendable: Muy escrupuloso en usar ejemplos ajustados a la teoria, pero ameno a la misma vez. Rara combinacion, asi que mi apluasu a Kanijo antes de nada.

    Yo soy matematico, bueno, estudie y termine la carrera para ser exactos, porque no me creo un matematico -aparte, suena a robotico, y no a carne y hueso- y se me da bastante bien visualizar cosas en muchas dimensiones… y claro, tiene truco, no hace falta una cabeza especial, pero si saber “enfocar2 el tema, porque ver, lo que se dice ver una cosa de mas de 3 dimensones, creo que no la ve nadie, pero si te la imaginas con suficiente claridad, usando ejmplos y cosas simples pero rigurosas, no te hace falta verlo y todos creen que lo estas viendo.

    Yo siempre uso el mismo sistema: Una cosa -un anillo en este caso- de 5 dimensiones que corta a nuestro espacio-tiempo de 4, o el mas “visible” espacio de 3… ¿como se visualizaria esto?

    Pues ponte el ejemplo restandole dimensiones a todo hasta que lo visualices, y una vez sepas que es lo que se ve, a eso le vuelves a “sumar” las dimensiones que le restaste:

    En lugar de visualizar un anillo en 5D, imaginate uno en 3D, es decir, un donut “hueco”. Ahora, en lugar de intersectarlo con el espacio-tiempo de 4D, como antes le restamos 2D para poder visualizar el donut, ahora lo tendriamos que intersectar con una superficie (2D porque hemos quitado 2 a las 4D del espacio-tiempo), asi que coge tu donut y pegale un corte con un cuchillo… segun en que angulo se lo des, obtienes desde un par de circulos alejados -lo que se comento mas arriba de dos agujeros negros pero que no se atraen entre si seria exactamente este caso- o, si el cuchillo se lo pasamos “al ras”, como si fuesemos a rellenar el donut de chocolate, veriamos una “carretera redonda”, como las pistas de excalextrix mas baratas. Con angulos intermedios del cuchillo, veriamos parejas de elipses en lugar de circulos, hasta llegar a un excalextrix redondo pero con unas partes de carretera mas anchas que las otras. Ah! No olvideis que si no tenemos tino con el cuchillo -aqui hemos supuesto siempre que atinabamos a cortarlo pasando por su centro- la intersección sera vacia, o bien otras figuras como un ocho, etc. (probar con el donut y vereis todas estas posibilidades).

    Ahora, cada uno de estos casos, se terminaría aumentándolo en +2D de cara a “contárselo” a la gente, y así parece que visualizamos las 5D: “El anillo 5D, al intersectar con nuestro espacio-tiempo 4D, puede resultar en dos hiperesferas -el equivalente 4D a un circulo 2D- quie corresponderia con 2 agujeros negros mas o menos normales pero que no se atraen entre si -porque son partes del mismo donut que no “colapsa” sobre si mismo, es estable- o bien en un anillo en 4D -si cortamos el donut para rellenarlo de crema- o una serie de figuras intermedias, según este el anillo original orientado respecto de nuestro espacio 4D”. Parece que lo estamos visualizamos claramente ¿eh?

    Ahora mas sencillo: Si vemos el anillo 5D dentro de nuestro espacio (sin tiempo) de 3D, aplicamos el mismo razonamiento, pero ahora tendríamos un donut cortado por una simple linea (todo nuestro espacio se ha visto reducido a una mera linea, pero para razonar, sirve lo mismo): Si un donut “hueco” lo “ensartas” en una cuerda, luego te comes el donut, y miras que trozo de cuerda a quedado manchado de donut, esa es la intersección que buscas.

    De nuevo, obtendrías dos parejas de puntos -cada pareja corresponde alcorte con un lado del donut- que es lo mimso que antes, pero cambiando las dos circunferencias 2D por su equivalente 1D -dos tristes puntitos- y segun vayas cambiando el angulo del hilo al cortar el donut, encuentras bien una sola pareja de puntos, o hasta puede que ninguno si el hilo no toca el donut.

    De nuevo a cada uno de estos casos le sumas 2D y ya tienes la respuesta de como intersecta el aniloo 5D en nuestro espacio 3D: como dos esferas -agujeros negros- que no se atraen entre si, o segun el angulo, un solo agujero negro -si solo atraviesas un lado del donut pero no el opuesto- que seria un agujero nego unico PERO que atrae como si fuese mas masivo de lo que se espera -el resto del donut, anuque no lo veas, existe.

    Buieno, perdon por el rollo, espero que ahora tengias herramientas para “visualizar” estas cosas sin matematicas por medio!

    • turok

      Mereces un aplauso, Sergio.Esto se llama “altruismo”.Tú explicación puede ayudar a muchos que se interesan por estos temas, a “visualizar” sin matemáticas.En tu explicación me has recordado un poco a los teóricos de cuerdas, siempre buscando dimensiones para unir fuerzas…Entre tu y Pedro podeis aclarar cuestiones de física que precisan de un cierto nivel de matemática.Aunque si permites que te lo diga, una cierta cabeza especial sí se precisa para las matemáticas, y para una muestra aquí tienes una frase de S.Hawking que refuerza mi proposición anterior: ” I have hardly ever known a mathematicien who was able to reason”. …¿Puedes creerlo?!!!.¡¡¡Y Hawking da o daba clases de matemáticas y tiene tanto de matemático como de físico

    • Pedro

      Muy buena explicación Sergio, más completa y clara que la que di antes. Creo que si todos los que trabajamos con matemáticas expresásemos tan bien las cosas la gente les perdería un poco el miedo.
      A veces una cosa que en la formulación matemática resulta clarísima resulta muy complicado (por lo menos a mí) de expresar con palabras.

      • Turok

        Pedro no estoy muy de acuerdo en cuanto a lo que dices de la claridad, tu explicación se basó en grupos de simetria de Lie y eso es lo que anida en el Modelo Estándar de la física de partículas.Fuiste claramente claro.En todo caso Sergio se extendió más en su explicación y consiguió buenos efectos “visualizables”.Los dos habeís estado muy oportunos.Tampoco te falta razón cuando dices que si todos los matemáticos (soís matemáticos, acostumbraros a oir eso, que no os de corte alguno)supieran explicar las matemáticas la gente les perdería un poco(diría que un bastante)el miedo.Alguien dijo-creo que fue Feynman-que lo más difícil de las matemáticas era saber cómo explicarlas.

    • Impresionante… La verdad es que la explicación es muy buena y aunque me ha costado creo que he cogido el concepto. Aunque cuesta visualizar incluso el resultado de 2 hiperesferas…
      El “truco” que propones de reducir y luego volver a sumar dimensiones es muy útil. Solo el hecho de que se pueda “visualizar” en la mente el resultado de un corte 5D por un espacio 4D es ya increible.

      • Sergio

        Quizas el ejemplo mas sencillo de esto son las hiperesferas 4D, plank, y no me refiero a que se vean sin esfuerzo, solo que el ejemplo es ideal para restar y luego sumar dimensiones: Como es la interseccion de una hiperesfera con nuestro espacio 3D?

        Pues imagina una esfera normal -restamos 1D- y la intersectas con un plano -nuestras 3D – 1D = 2D, un plano- y obtienes una circunferencia. Si la esfera la desplazas, el cambio que verias es que el radio del circulo crece conforme te acercas al centro de la esfera, y a partir de alli, decrece hasta un punto, y desaparece.

        Ahora le sumamos +1D a todo, y la explicacion deslumbrara a las visitas: Cuando nuestro espacio 3D es intersectado por una hiperesfera 4D, veríamos inicialmente un punto que va creciendo a una esfera de cada vez más radio, hasta alcanzar un cierto radio maximo que es el radio “real” de la hiperesfera. A partir de alli, decrece la esfera “intersección” hasta finalmente desaparecer.

        Ya sabeis, si aparece de repente una esfera en vuestra casa, crece, se para, decrece, y finalmente desaparece, una hiperesfera acaba de atravesar el espacio 3D de vuestra habitacion.

        Si veis todo esto interesante, os recomiendo que busqueis el libro “planilandia”, en ingles “flatland”, por google incluso aparece una version PDF en ingles creo, es una “novela de matematicas-ficcion” precisamente sobrew todo esto (el ejemplo de la hiperesfera, por cierto, aparece tal cual en el libro).

  16. JorgeC

    Sergio: te agradezco la explicación. Me costó un poco pero al fin pude visualizar las dos esferas del anillo ¡Y sólo soy un aficionado!
    Kanijo: gracias por el excelente blog.

  17. Silverstone

    Por lo que entendí, este tipo de agujeros negros anulares existen en 5D. Cuatro espaciales y una temporal. Los agujeros negros de Kerr, que también son anulares, están en 4D; 3 espaciales y una temporal.

  18. ricardo zanelli

    A veces me parece que de tanto seccionar para estudiar las cosas, se pierde de vista el todo. El famoso árbol que no deja ver el bosque. Es probable que lo que llamamos universo sea una formidable maquinaria cuyo origen, propósito y fin desconocemos. A duras penas si puede describirse. Tal vez sea un improbable mecanismo cuya energía nunca se pierde sino, como se sabe, va transformándose. La energía oscura impulsa la expansión y la gravedad lo frena un poco. En este punto quizá cobren relevancia los agujeros negros, por sus efectos gravitatorios y tal vez transformando de alguna manera la energía que absorbe, regulando aspectos del universo que no podemos intuir.

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