Basándose tanto en una descripción gravitón-condensado de un agujero negro como en una correspondencia entre los agujeros negros y los objetos genéricos con entropía máxima compatible con la unitariedad -los llamados saturones-, Dvali et al. proponen que los agujeros negros podrían entenderse como un condensado de gravitones en el punto crítico de una transición de fase cuántica [1]. Un gravitón es un hipotético quantum de gravedad; una partícula elemental aún por descubrir que mediaría la fuerza de interacción gravitatoria. Los saturones son un comportamiento colectivo en estado saturado de los gravitones, es decir, un condensado de Bose Einstein (BEC) de gravitones, situación que es posible cuando los gravitones están confinados en un volumen de espacio, como en un sistema en rotación, y por tanto se convierten en un sistema acotado. Cuando el límite está saturado, es decir, cuando el empaquetamiento de gravitones es máximo, el objeto se convierte en un condensado de Bose Einstein de gravitones saturado.
Dado que los condensados de Bose-Einstein en rotación han sido objeto de intensos estudios en los laboratorios, se sabe que admiten una estructura de vórtice si giran lo suficientemente rápido. Tomamos esto como una invitación a buscar esas estructuras también en modelos de agujeros negros en rotación, y efectivamente las encontramos.
Dr. Kühnel, para Phys. News En tal estado de saturación, este BEC alcanza un microestado de entropía máximo permitido por la unitariedad (los llamados saturones) y adquiere propiedades similares a los agujeros negros. Sus similitudes se han demostrado en diferentes casos, como los solitones, los bariones y las burbujas de vacío.
Tras la saturación de la unitaridad, el estado ligado llamado saturón exhibe dos características típicas de los agujeros negros: 1) el escalado de su entropía es idéntico al de la entropía de Bekenstein-Hawking, y 2) el saturón decae mediante la tasa térmica de temperatura de Hawking dada por el inverso del tamaño. Por lo tanto, la analogía es extremadamente pertinente: las propiedades de los agujeros negros son exhibidas por estados saturados en modelos simples calculables, lo que abre la posibilidad de utilizar los saturones como laboratorios para comprender y predecir nuevas propiedades de los agujeros negros. La analogía también ofrece una explicación microscópica del espín máximo de los agujeros negros en términos de la vorticidad del condensado de gravitones, sin entrar en los tecnicismos de los cálculos gravitatorios cuánticos, que pueden ser extremadamente engorrosos.
Esta idea podría explicar las propiedades termodinámicas, como la entropía de los agujeros negros, utilizando herramientas de la física de la materia condensada. De alguna manera, los agujeros negros se autoajustan y permanecen siempre en el punto crítico, una característica distintiva de estos sistemas respecto a otros sistemas cuánticos.
Jorge Alfaroa y Robinson Mancilla [2] Thermodynamics of Graviton Condensate Los autores del trabajo muestran para un BEC que, debido a la vorticidad, un saturón de una teoría calculable renormalizable (denominado saturón tipo Q-ball) obedece a la misma cota de extremidad en el espín que el agujero negro. Por lo tanto, ¡un agujero negro con espín extremo emerge como un condensado de gravitones con vorticidad!
Imagen: Esquema de un agujero negro con una serie de pares de vórtices y antivórtices orientados al azar. Los colores denotan la orientación del vórtice, con las líneas de campo magnético atrapadas asociadas en negro. Crédito: Dvali et al.
Los autores muestran a continuación que, en presencia de cargas móviles, el vórtice global atrapa un flujo magnético que puede tener consecuencias observables a macroescala, como los chorros observados en los núcleos galácticos activos. Como explican los autores en su artículo, la potencia de los chorros observada en M87 es tan alta que no puede ser explicada por las simulaciones numéricas dentro del marco estándar. Sin embargo, dentro de su marco de saturación, el efecto puede explicarse únicamente por la vorticidad, como explican los autores: «los vórtices atrapan el campo magnético al interactuar con el plasma neutro circundante de materia oscura ordinaria o débilmente cargada. Por lo tanto, los agujeros negros de alta rotación, pueden ralentizarse eficazmente debido al proceso de emisión; los pares de vórtices antivórtices son análogos a los vórtices de protones y electrones».
Ciencia Unificada en Perspectiva
Estos resultados publicados en Physical Review Letters, muestran que los agujeros negros teóricamente deberían poder admitir estructuras de vórtice. En el marco de un modelo de vórtices, los autores se acercan a las soluciones obtenidas por Nassim Haramein mediante su enfoque holográfico generalizado. Las principales características de este enfoque están descritas en nuestro artículo titulado El Modelo Holográfico Generalizado, Parte II: La Gravedad Cuántica y la Solución de la Masa Holográfica, según el cual el modelo:
- Contabiliza los microestados de un agujero negro en términos de Unidades Esféricas de Planck tanto en superficie como en volumen, empaquetadas al máximo en lo que se conoce como el patrón de la flor de la vida en 3D. Estas PSU representan las fluctuaciones del vacío, que como aproximación de primer orden se considera que ocupan cada una un volumen esférico con diámetro de longitud de Planck.
- Debido al primer punto, este modelo da cuenta de la máxima entropía.
- Debido a estos dos puntos, el marco de Haramein da cuenta de los mismos comportamientos, y demuestra que el interior del agujero negro es un condensado de Bose Einstein (BEC) saturado de PSUs. Por lo tanto, los PSU son análogos a los gravitones del BEC saturado,
- Dado que los PSU se consideran oscilaciones reales (vórtices a escala de Planck que dan cuenta también del quantum de acción, rotación, o momento angular) del vacío del plasma de Planck, el comportamiento colectivo de los PSU del plasma de Planck crea vórtices más grandes en múltiples escalas: se convierte en una propiedad invariante de escala.
- El modelo de Haramein se basa en una relación holográfica fundamental: un cálculo de estado estacionario que representa una tasa de equilibrio del intercambio de información superficie-a-volumen, como la constante cinética en una reacción química, sólo que en el caso de Haramein representa el potencial de transferencia de información entre la superficie y el volumen del agujero negro.
- El modelo de Haramein muestra que la polarización del vacío, también representada por el PSU, está en el origen de la carga. Por lo tanto, un objeto giratorio compuesto por esos PSU que crean estructuras de vórtices de agujeros negros puede explicar los campos magnéticos extremadamente fuertes que surgen de los núcleos galácticos activos de nuestro universo, y que este PRL también sustenta como escenario.
De hecho, estos vórtices están en la raíz de casi todos los campos magnéticos galácticos conocidos. Esta es otra predicción del modelo de Haramein, quien fue el primero en proponer, hace más de 25 años, que en el centro de las galaxias debería haber un agujero negro porque son los precursores de la formación de galaxias.
El espacio-tiempo se dobla y se retuerce sobre sí mismo en un vórtice-espiral. Esto genera un giro, un momento cinético. […] Esta es la fuente del giro de todo. Esta es una manera apropiada de describir la física del momento angular en el universo de una manera factual.
Nassim HarameinUna analogía para ello son las esferas de plasma que se muestran a continuación, donde las líneas azules que conectan la superficie con el centro son vórtices (como las manchas del sol también). Estos vórtices en la superficie del sistema van a la singularidad … al igual que las corrientes de Eddie que representan los electrones en la superficie de los protones. Así es como la teoría holográfica concibe el comportamiento del plasma de Planck a múltiples escalas.
Ya se ha completado todo el modelo que explica las múltiples fases y la dinámica del plasma de Planck y su comportamiento a través de las escalas. Para más información sobre el último trabajo de Haramein, te puedes dirigir aquí: Scale Invariant Unification of Forces, Fields and Particles in a Quantum Vacuum Plasma (Invarianza bajo escala en la unificación de fuerzas, campos y partículas en el plasma del vacío cuántico) [3].
Referencias
[1] Gia Dvali et al, Vortices in Black Holes, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061302
[2] Alfaro, J., Mancilla, R. Thermodynamics of graviton condensate. Eur. Phys. J. C 81, 871 (2021). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09638-z
[3] Nassim Haramein & Olivier Alirol, Scale-invariant unification of forces, fields and particles in a Quantum Vacuum Plasma https://zenodo.org/records/4050623
