Descubren qué hay dentro de los agujeros negros gracias a la cuántica y la inteligencia artificial

Los agujeros negros son fenómenos astrofísicos extremadamente densos con un campo gravitacional tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Un equipo de científicos liderado por el físico Enrico Rinaldi, de la Universidad de Michigan, dio un paso importante en la investigación de estos objetos misteriosos al estudiar su interior mediante el uso de tecnologías avanzadas.

El equipo utilizó computación cuántica y aprendizaje profundo (una rama de la inteligencia artificial) para desarrollar un modelo matemático del estado interno de un agujero negro. La computación cuántica permite realizar cálculos complejos que serían impracticables con computadoras tradicionales. De esta manera, los científicos pudieron estudiar cómo se comportan y cómo están estructurados los agujeros negros en un estado cuántico.

La investigación de Rinaldi se fundamenta en la teoría holográfica, que propone que las leyes de la física de partículas y la gravedad, aunque operan en dimensiones distintas, son equivalentes. Esta dualidad podría establecer un vínculo entre la física de partículas, que actúa en dos dimensiones en la superficie del agujero negro, y la gravedad, que se manifiesta en tres dimensiones dentro de su estructura geométrica.

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Esto es relevante porque estos objetos cósmicos no se pueden estudiar directamente debido a su naturaleza, de ahí la necesidad del equipo de estos investigadores de construir un modelo matemático y simuladores que sirvan para entender sus propiedades.

Estructura interna de los agujeros negros: singularidad y horizonte de sucesos

Cada agujero negro contiene en su núcleo una singularidad donde la gravedad es tan intensa que el espacio-tiempo se curva infinitamente, desafiando nuestras leyes físicas tal como las conocemos. Alrededor de esta singularidad se encuentra el horizonte de sucesos, una frontera invisible que, al ser cruzada por cualquier objeto, incluso la luz, lo absorbe para siempre.

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Además, los agujeros negros están rodeados por áreas intrigantes, como la esfera de fotones, donde la luz orbita en torno al agujero, y el disco de acreción, un anillo de gas y polvo que gira y se calienta mientras cae hacia el horizonte de sucesos, emitiendo radiación que puede ser detectada desde la Tierra.

El equipo utilizó modelos matriciales para simular la disposición de partículas en el interior de un agujero negro, representándolas en el estado de energía más bajo, conocido como estado fundamental. Esta simulación, que requiere la optimización de circuitos cuánticos, fue crucial para ajustar todos los "granos de arena" en el modelo, hasta alcanzar una configuración estable que podría reflejar el estado real de un agujero negro.

Un paso hacia la teoría cuántica de la gravedad

Para Rinaldi y su equipo, estos descubrimientos son un avance significativo en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad. Las técnicas de aprendizaje profundo y la computación cuántica les permitieron determinar la estructura completa del estado fundamental, ofreciendo una nueva perspectiva sobre cómo podría comportarse la gravedad en el espacio-tiempo cuántico.

Aunque todavía enfrentan limitaciones tecnológicas, los progresos realizados en el uso de redes neuronales y circuitos cuánticos acercan a los científicos a comprender el "núcleo" de los agujeros negros.

RM/ff