Una singularidad de anillo o ringularidad es la singularidad gravitacional de un agujero negro en rotación , o un agujero negro de Kerr , que tiene forma de anillo. [1]
Cuando un cuerpo esférico no giratorio de un radio crítico colapsa bajo su propia gravitación según la relatividad general , la teoría sugiere que colapsará hasta convertirse en un único punto de dimensión 0. Este no es el caso de un agujero negro en rotación (un agujero negro de Kerr ). Con un cuerpo fluido en rotación, su distribución de masa no es esférica (muestra un abultamiento ecuatorial ), y tiene momento angular . Dado que un punto no puede soportar la rotación o el momento angular en la física clásica (la relatividad general es una teoría clásica), la forma mínima de la singularidad que puede soportar estas propiedades es en cambio un anillo 2D con espesor cero pero radio distinto de cero, y esto se denomina a como una ringularidad o singularidad de Kerr.
Los efectos de arrastre del marco rotacional de un agujero giratorio , descritos por la métrica de Kerr , hacen que el espacio-tiempo en las proximidades del anillo sufra una curvatura en la dirección del movimiento del anillo. Efectivamente, esto significa que diferentes observadores colocados alrededor de un agujero negro de Kerr a quienes se les pide que señalen el centro de gravedad aparente del agujero pueden señalar diferentes puntos del anillo. Los objetos que caen comenzarán a adquirir momento angular del anillo antes de que realmente lo golpeen, y la trayectoria tomada por un rayo de luz perpendicular (que inicialmente viaja hacia el centro del anillo) se curvará en la dirección del movimiento del anillo antes de cruzarse con el anillo.
Un observador que cruza el horizonte de sucesos de un agujero negro no giratorio y sin carga (un agujero negro de Schwarzschild ) no puede evitar la singularidad central, que se encuentra en la línea del mundo futuro de todo lo que se encuentra dentro del horizonte. Por tanto, no se puede evitar la espaguetificación provocada por las fuerzas de marea de la singularidad central.
Esto no es necesariamente cierto en el caso de un agujero negro de Kerr. Un observador que caiga en un agujero negro de Kerr puede evitar la singularidad central haciendo un uso inteligente del horizonte de sucesos interno asociado con esta clase de agujero negro. Esto hace que sea teóricamente (pero probablemente no prácticamente) [2] posible que el agujero negro de Kerr actúe como una especie de agujero de gusano , posiblemente incluso un agujero de gusano transitable. [3]
La singularidad de Kerr también se puede utilizar como herramienta matemática para estudiar el "problema de la línea de campo" del agujero de gusano. Si una partícula pasa a través de un agujero de gusano, las ecuaciones de continuidad del campo eléctrico sugieren que las líneas de campo no deben romperse. Cuando una carga eléctrica pasa a través de un agujero de gusano, las líneas del campo de carga de la partícula parecen emanar de la boca de entrada y la boca de salida gana un déficit de densidad de carga debido al principio de Bernoulli . (Para la masa, la boca de entrada gana densidad de masa y la boca de salida tiene un déficit de densidad de masa). Dado que una singularidad de Kerr tiene la misma característica, también permite estudiar esta cuestión.
En general, se espera que, dado que el colapso habitual hasta una singularidad puntual bajo la relatividad general implica condiciones arbitrariamente densas, los efectos cuánticos pueden volverse significativos e impedir que se forme la singularidad ("pelusa cuántica"). Sin efectos gravitacionales cuánticos, hay buenas razones para sospechar que la geometría interior de un agujero negro en rotación no es la geometría de Kerr. El horizonte de sucesos interior de la geometría de Kerr probablemente no sea estable, debido al infinito desplazamiento hacia el azul de la radiación que cae. [4] Esta observación fue respaldada por la investigación de agujeros negros cargados que exhibieron un comportamiento similar de "desplazamiento hacia el azul infinito". [5] Si bien se ha trabajado mucho, el colapso gravitacional realista de los objetos en agujeros negros en rotación y la geometría resultante continúa siendo un tema de investigación activo. [6] [7] [8] [9] [10]