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

Un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan, liderado por el físico Enrico Rinaldi, ha realizado avances en la comprensión de lo que podría hallarse en el interior de un agujero negro mediante el uso de computación cuántica y algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje profundo (LLM). El estudio de Rinaldi, publicado en la revista PRX Quantum, se centra en la teoría holográfica, que sugiere que las leyes de la física en el universo tridimensional pueden estar representadas en dos dimensiones sobre la superficie del agujero negro.

Esta dualidad de dimensiones es clave para comprender la interacción entre la física de partículas y la gravedad, que se manifiestan de manera distinta dentro de la geometría del agujero negro. Para desarrollar esta investigación, el equipo utilizó modelos matemáticos avanzados y técnicas computacionales que simulan cómo estas fuerzas podrían coexistir en el universo cuántico.

Estructura interna de los agujeros negros

Los agujeros negros poseen una estructura que desafía las leyes de la física tal como las conocemos. En su núcleo se encuentra la singularidad, un punto donde la gravedad es tan intensa que el espacio-tiempo se curva hasta el infinito. Alrededor de esta singularidad, se ubica el horizonte de sucesos, una región límite donde cualquier objeto o partícula, incluida la luz, queda atrapada sin posibilidad de escape.

Además de la singularidad y el horizonte de sucesos, los agujeros negros están rodeados de zonas adicionales que presentan fenómenos físicos extremos. Estas áreas incluyen:

• Esfera de fotones: Una región donde la gravedad permite que la luz orbite de forma inestable alrededor del agujero negro. Cualquier perturbación mínima puede hacer que los fotones caigan dentro del agujero negro o se alejen. Este fenómeno fue observado en la primera imagen del agujero negro en la galaxia M87 en 2019, capturada por el telescopio Event Horizon.
• Disco de acreción: Un anillo de gas y polvo que se acumula alrededor del agujero negro antes de ser absorbido. A medida que el material se aproxima al horizonte de sucesos, se calienta a millones de grados y emite radiación, principalmente rayos X y gamma, detectable desde la Tierra. Observaciones del telescopio espacial de rayos X Chandra han sido esenciales para estudiar la dinámica de estos discos y comprender mejor el comportamiento de los agujeros negros.

Modelos cuánticos y la búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica

Para simular el interior del agujero negro, los investigadores emplearon modelos matriciales cuánticos que organizan las partículas en su estado de energía más bajo, conocido como estado fundamental. Esta simulación, compleja y exigente en términos de recursos computacionales, requirió la optimización de circuitos cuánticos para estabilizar el modelo y asegurar su precisión.

Gracias a la computación cuántica y el aprendizaje profundo, los investigadores lograron visualizar la estructura completa del estado fundamental, ofreciendo una nueva perspectiva sobre el comportamiento de la gravedad en el espacio-tiempo cuántico. Aunque persisten desafíos tecnológicos, los avances en redes neuronales y circuitos cuánticos acercan cada vez más a la ciencia a comprender el interior de los agujeros negros.