Un agujero negro surge como resultado del colapso del núcleo de estrellas enormes, que pierden bastante masa en una explosión de supernova. Sin embargo, los agujeros negros supermasivos siguen siendo enormemente masivos.
Sin embargo, la teoría aún nos dice que el objeto en realidad está colapsado en un punto/singularidad en el centro. Si el objeto va a ser un punto, ¿la masa debe haber ido a alguna parte? ¿Se convierte todo en energía y se expulsa en ráfagas de rayos gamma, etc.? (y si es así, ¿qué forma la masa de un agujero negro? ¿Está todo en ese punto?)
¿Estoy quizás conceptualmente equivocado y la singularidad solo expresa un punto de gravedad infinita con materia girando más allá de nuestra capacidad de observación más allá del horizonte de eventos?
Hay marcos en física, marcos dimensionales y energéticos.
Existe el marco clásico que tiene teorías clásicas de mecánica y electrodinámica, etc., donde las dimensiones son compatibles con las medidas de metros/segundos/kilogramos.
Existe el marco cuántico que tiene mecánica cuántica, electrodinámica cuántica y teoría cuántica de campos. Su marco tiene dimensiones inferiores a un nanómetro y energías compatibles con h_bar~1*10^-34 J segundo.
Existe el marco de la relatividad especial adyacente al marco de la mecánica cuántica.
Existe el marco de la relatividad general para dimensiones en años luz y masas del orden de las estrellas.
Cada marco se modela matemáticamente con ecuaciones diferenciales y soluciones a estas ecuaciones diferenciales. Los potenciales y las soluciones por la naturaleza de las ecuaciones matemáticas pueden tener singularidades.
Por ejemplo, el potencial 1/r de la electricidad y el magnetismo clásicos nos lleva a que en r=0 existe una singularidad para el problema clásico. Ningún átomo de hidrógeno. Pero para ir a r=0 las dimensiones van a menos de un nanómetro, y el marco apropiado es el marco mecánico cuántico, y he aquí que no hay singularidades y tenemos el átomo en un estado cuántico estable.
Cuando una solución de la relatividad general da una singularidad, nuevamente las dimensiones van al marco de la mecánica cuántica. No tiene sentido preocuparse en términos de relatividad general. Desafortunadamente, el campo gravitatorio no ha sido cuantificado consistentemente, existen teorías de campos efectivos pero aún no se puede saber qué sucede en el correspondiente r=0. Uno puede agitar manualmente el principio de incertidumbre de Heisenberg, pero hasta que exista una teoría consistente de la gravedad cuantificada, la declaración es "no sabemos qué sucede en la singularidad", esperamos que pronto la teoría se amplíe para que un modelo cuantificado de la gravedad se aplicará y ya no habrá una singularidad en el sentido clásico.
En el modelo del Big Bang, la cuantización efectiva se ha introducido inmediatamente después de la singularidad de la solución de la relatividad general, con el campo inflatón y los datos de microondas cósmicos se ajustan al modelo. Paciencia, los molinos de la física pueden moler lentamente pero muelen extremadamente fino.
La respuesta simple es que la relatividad general no nos dice, y de hecho no puede decirnos, qué sucede con la materia cuando se comprime toda en la singularidad.
Comúnmente describimos los agujeros negros usando la métrica de Schwarzschild porque es una métrica relativamente simple. Sin embargo, la métrica de Schwarzschild solo describe el resultado final y no nos dice nada sobre cómo se formó el agujero negro. Lo más cercano que tenemos a una descripción analítica de la formación de un agujero negro es la métrica de Oppenheimer-Snyder que describe una bola de polvo que se derrumba . A medida que la bola colapsa, la densidad aumenta y, a medida que la bola se acerca a la singularidad, la densidad aumenta hacia el infinito.
El problema es que la métrica de Oppenheimer-Synder es singular en la singularidad, al igual que la métrica de Schwarzschild. Eso significa que la métrica no puede describir lo que sucede en la singularidad. Podemos acercarnos a la singularidad tanto como queramos y, a medida que lo hacemos, la bola de polvo se vuelve más y más densa. Sin embargo, no podemos calcular lo que sucede en la singularidad misma.
La interpretación obvia es que en la singularidad toda la materia sigue ahí, simplemente está comprimida en un punto de volumen cero y densidad infinita. Sin embargo, debo enfatizar que nadie cree que esto realmente suceda. Esperamos que la gravedad cuántica se vuelva importante en estas densidades muy altas y tamaños pequeños, y esperamos que la gravedad cuántica evite que la densidad se vuelva infinita. Lamentablemente, no tenemos una teoría de la gravedad cuántica, por lo que nadie sabe exactamente qué sucede con la materia.
Sr. Q