Agujero blanco: historia, teoría y cómo se forma
El agujero blanco es una singularidad del espacio – tiempo, perteneciente a las soluciones exactas de las ecuaciones de la relatividad general. Estas singularidades poseen lo que se denomina un horizonte de sucesos. Esto significa la presencia de una barrera, que en un agujero blanco nada puede traspasar desde el exterior. Teóricamente, un agujero blanco es una singularidad que va al pasado.
Por el momento nadie ha podido observar alguno. Pero es posible que le debamos la existencia al más especial de todos: el Big Bang de hace 13.8 mil millones de años puede considerarse como un evento provocado por un agujero blanco supermasivo.
La teoría de la relatividad general considera que el espacio-tiempo puede deformarse por efecto de la aceleración o por la presencia de objetos masivos. Se trata de la misma teoría que predijo la existencia de los agujeros negros, de los cuales los agujeros blancos serían la contraparte. Por lo tanto, se considera igualmente posible la existencia de estos.
Ahora bien, para formar la singularidad espacio-temporal se requiere de algún mecanismo físico. En el caso de los agujeros negros se sabe que la causa es el colapso gravitacional de una estrella supermasiva.
Pero el mecanismo físico que pudiese formar una singularidad tipo agujero blanco no se conoce hasta el momento. Aunque desde luego han surgido candidatos a explicar su posible formación, como se verá en breve.
Índice del artículo
- 1 Diferencias entre agujeros negros y agujeros blancos
- 2 Historia de su descubrimiento
- 3 Teoría
- 4 ¿Cómo se forma un agujero blanco?
- 5 Referencias
Muchos de los agujeros negros que se conocen son el remanente de una estrella supergigante que ha sufrido un colapso interno.
Cuando eso sucede, las fuerzas gravitatorias se incrementan hasta tal punto que nada que se acerque podrá escapar de su influencia, ni siquiera la luz.
Por eso los agujeros negros son capaces de engullir todo cuanto cae en ellos. Por el contrario, a un agujero blanco nada podría entrar, todo sería rechazado o repelido del mismo.
¿Es posible la existencia de un objeto semejante? Al fin y al cabo, los agujeros negros permanecieron largo tiempo como solución matemática de las ecuaciones de campo de Einstein, hasta ser detectados gracias a los efectos gravitacionales y de radiación que provocan en su entorno, y ser fotografiados recientemente.
En cambio los agujeros blancos aún están escondidos de los cosmólogos, si es que realmente existen.
La teoría sobre la existencia de los agujeros blancos partió de los trabajos de Karl Schwarzschild (1873-1916), un físico alemán y el primero en encontrar una solución exacta a las ecuaciones de campo relativista de Albert Einstein.
Para ello elaboró un modelo con simetría esférica cuyas soluciones tienen sendas singularidades, que son justamente los agujeros negros y sus contrapartes blancas.
El trabajo de Schwarzschild no fue precisamente popular, tal vez por haber sido publicado durante la Primera Guerra Mundial. Hubo que esperar algunos años para que en la década de los 60, dos físicos lo retomaran de manera independiente.
En 1965 los matemáticos Igor Novikov y Yuval Ne’eman analizaron las soluciones de Schwarzschild, pero utilizando un sistema de coordenadas diferente.
En aquel momento el término agujero blanco aún no había sido acuñado. De hecho, se los conocía como “núcleos rezagados”, y se los consideró inestables.
Sin embargo, al ser la contraparte de los agujeros negros, los investigadores trataron de encontrar un objeto físico cuya naturaleza fuera compatible con la predicha para los agujeros blancos.
Los investigadores creyeron encontrarlo en los cuásares, los objetos más brillantes del Universo. Estos emiten un flujo intenso de radiación detectable mediante radiotelescopios, tal como debería hacerlo un agujero blanco.
Sin embargo, a la energía de los cuásares finalmente se les dio una explicación más factible, relacionada con los agujeros negros en el centro de las galaxias. Y así, los agujeros blancos quedaron de nuevo como entidades matemáticas abstractas.
Así que aún siendo conocidos, a los agujeros blancos se les ha prestado mucha menos atención que a los agujeros negros. Esto se debe no solamente a que se cree que son inestables, lo cual pone en duda su existencia real, sino a que no existe una hipótesis razonable acerca de su posible origen.
Por el contrario, los agujeros negros surgen del colapso gravitatorio de estrellas, un fenómeno físico que ha sido bien documentado.
Hay investigadores que están convencidos de haber detectado por fin un agujero blanco en un fenómeno denominado GRB 060614, ocurrido en 2006. Este fenómeno se ha propuesto como la primera aparición documentada de un agujero blanco.
GRB 060614 fue una explosión de rayos gamma detectada por el Observatorio Swift de Neil Gehrels el 14 de junio de 2006, con propiedades peculiares. Desafió un consenso científico sostenido previamente sobre los orígenes de los estallidos de rayos gamma y los agujeros negros.
El Big Bang, que algunos creen que fue un agujero blanco supermasivo, a su vez pudo haber sido el resultado de un agujero negro también supermasivo, en el corazón de una galaxia desconocida ubicada en nuestro universo padre.
Una de las dificultades para observar un agujero blanco es que toda la materia es expulsada del mismo en un pulso único. De modo que el agujero blanco carece de la continuidad necesaria para poder ser observado, en cambio los agujeros negros sí tienen la persistencia suficiente para dejarse ver.
Einstein postula que la masa, el tiempo y la longitud tienen una estrecha dependencia con la velocidad del sistema de referencia en el que estén siendo medidas.
Además el tiempo es considerado como una variable más, con la misma significación que las variables espaciales. Así pues, se habla del espacio-tiempo como una entidad en la que cualquier suceso y todos los sucesos, tienen lugar.
La materia interactúa con el tejido del espacio-tiempo y lo modifica. Einstein describe la forma en que esto sucede con un conjunto de 10 ecuaciones tensoriales, conocidas como las ecuaciones de campo.
Los tensores son entidades matemáticas que permiten considerar la variable temporal al mismo nivel de las variables espaciales. Los conocidos vectores como la fuerza, la velocidad y la aceleración, forman parte de este conjunto ampliado de entidades matemáticas.
El aspecto matemático de las ecuaciones de Einstein también involucra conceptos como la métrica, que es la distancia tanto en espacio como en tiempo que separa dos acontecimientos infinitesimalmente cercanos.
Dos puntos en el espacio-tiempo forman parte de una curva llamada geodésica. Dichos puntos están unidos una distancia espacio-temporal. Tal representación del espacio tiempo se observa en la siguiente figura:
La forma del cono está determinada por la velocidad de la luz c, la cual es una constante en todos los sistemas de referencia. Todos los sucesos deben tener lugar dentro de los conos. Si existen sucesos fuera de ellos no hay manera de saberlo, pues la información debería viajar más rápido que la luz para poder ser percibidos.
Las ecuaciones de campo de Einstein admiten una solución con dos singularidades en una región vacía (es decir, sin masa). Una de esas singularidades es un agujero negro y la otra es un agujero blanco. Para ambas existe un horizonte de sucesos, que es una frontera esférica de radio finito que rodea la singularidad.
En el caso de los agujeros negros, nada, ni siquiera la luz, puede salir de esta región. Y en los agujeros blancos, el horizonte de sucesos es una barrera a la que nada puede traspasar desde el exterior. La solución agujero negro en el vacío está en el cono de luz del futuro, mientras que la solución agujero blanco está en la región del pasado del cono de luz.
Las soluciones de las ecuaciones de Einstein que comprenden un agujero negro real requieren de la presencia de materia, y en este caso la solución que contiene al agujero blanco desaparece. Por tanto, se concluye que como solución matemática, en la teoría de las soluciones singulares sin materia, los agujeros blancos sí existen. Pero no es así cuando se incluye la materia en las ecuaciones de Einstein.
En el año 2014, el físico teórico Carlo Rovelli y su equipo de trabajo en la Universidad de Aix-Marsella en Francia propusieron que los agujeros blancos pueden surgir de la muerte de un agujero negro.
Ya en la década de los 70, el máximo experto en agujeros negros, Stephen Hawking, calculó que un agujero negro pierde masa a través de la emisión de la radiación de Hawking.
Los cálculos de Rovelli y su equipo indican que tal contracción por pérdida de radiación de un agujero negro podría, en su etapa final, producir un rebote que origine un agujero blanco.
Pero los cálculos de Rovelli también indican que en el caso de un agujero negro con una masa igual a la del Sol, se requeriría de aproximadamente un cuatrillón de veces la edad actual del Universo para formar un agujero blanco.
Un segundo después del Big Bang, las fluctuaciones en densidad de un Universo en rápida expansión pudieron producir agujeros negros primordiales (sin necesidad de colapso estelar).
Estos agujeros negros primordiales son muchísimos más pequeños que los de origen estelar y pueden evaporarse hasta morir para dar paso un agujero blanco en un tiempo comprendido dentro de la vida del Universo.
Los agujeros blancos microscópicos pueden ser muy masivos. Por ejemplo, uno del tamaño de un grano de polvo puede tener mayor masa que la Luna.
Incluso, el equipo de Rovelli sugiere que estos agujeros blancos microscópicos pueden explicar la materia oscura, otro de los misterios cosmológicos más importantes.
Los agujeros blancos microscópicos no emitirían radiación; y como son más pequeños que una longitud de onda, resultan ser invisibles. Esta podría ser otra razón que explicaría el por qué aún no se han podido detectar.
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