Si viajas a través de un agujero negro, ¿a dónde vas?
Así que ahí estás, a punto de saltar a un agujero negro. ¿Qué podría esperarte si, contra todo pronóstico, sobrevivieras? ¿Dónde iría a parar y qué historias tentadoras podría contar si consiguiera regresar?
La respuesta sencilla a todas estas preguntas es, como explica el profesor Richard Massey, «¿Quién sabe?». Como investigador de la Royal Society en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, Massey es plenamente consciente de que los misterios de los agujeros negros son profundos.
«Caer a través de un horizonte de sucesos es, literalmente, pasar más allá del velo: una vez que alguien cae más allá, nadie podría enviar un mensaje de vuelta», afirma. «Serían despedazados por la enorme gravedad, así que dudo que alguien que cayera a través de él llegara a alguna parte».
Si la respuesta parece decepcionante -y dolorosa-, es de esperar. Desde que se considera que la teoría general de la relatividad de Albert Einstein predijo los agujeros negros al vincular el espacio-tiempo con la acción de la gravedad, se sabe que los agujeros negros son el resultado de la muerte de una estrella masiva que deja un pequeño y denso núcleo remanente. Suponiendo que este núcleo tenga más de aproximadamente tres veces la masa del sol, la gravedad se desbordaría hasta tal punto que caería sobre sí mismo en un único punto, o singularidad, entendido como el núcleo infinitamente denso del agujero negro.
El agujero negro inhabitable resultante tendría una atracción gravitatoria tan poderosa que ni siquiera la luz podría evitarlo. Por tanto, si se encontrara en el horizonte de sucesos -el punto en el que la luz y la materia sólo pueden pasar hacia el interior, como propuso el astrónomo alemán Karl Schwarzschild- no habría escapatoria. Según Massey, las fuerzas de marea reducirían tu cuerpo en hilos de átomos (o «espaguetización», como también se conoce) y el objeto acabaría aplastado en la singularidad. La idea de que se pueda salir en alguna parte -quizás en el otro lado- parece totalmente fantástica.
EN LOS AGUJEROS DE GUSANO?
Los agujeros negros son extrañas regiones donde la gravedad es lo suficientemente fuerte como para doblar la luz, deformar el espacio y distorsionar el tiempo.
A lo largo de los años, los científicos han estudiado la posibilidad de que los agujeros negros sean agujeros de gusano hacia otras galaxias. Incluso podrían ser, como algunos han sugerido, un camino hacia otro universo.
Esta idea ha estado flotando durante algún tiempo: Einstein teamed up with Nathan Rosen to theorise bridges that connect two different points in space-time in 1935. But it gained some fresh ground in the 1980s when physicist Kip Thorne — one of the world’s leading experts on the astrophysical implications of Einstein’s general theory of relativity — raised a discussion about whether objects could physically travel through them.
«Reading Kip Thorne’s popular book about wormholes is what first got me excited about physics as a child,» Massey said. Pero no parece probable que los agujeros de gusano existan».
De hecho, Thorne, que prestó su asesoramiento experto al equipo de producción de la película de Hollywood Interstellar, escribió: «No vemos ningún objeto en nuestro universo que pueda convertirse en un agujero de gusano al envejecer», en su libro «The Science of Interstellar» (W.W. Norton and Company, 2014). Thorne dijo a Space.com que lo más probable es que los viajes a través de estos túneles teóricos sigan siendo ciencia ficción, y ciertamente no hay pruebas firmes de que un agujero negro pueda permitir ese paso.
Pero, el problema es que no podemos acercarnos para verlo por nosotros mismos. Ni siquiera podemos fotografiar nada de lo que ocurre en el interior de un agujero negro: si la luz no puede escapar de su inmensa gravedad, entonces nada puede ser captado por una cámara. En la actualidad, la teoría sugiere que todo lo que va más allá del horizonte de sucesos simplemente se añade al agujero negro y, además, como el tiempo se distorsiona cerca de este límite, parecerá que esto ocurre con increíble lentitud, por lo que las respuestas no llegarán rápidamente.
«Creo que la historia estándar es que conducen al fin del tiempo», dijo Douglas Finkbeiner, profesor de astronomía y física de la Universidad de Harvard. «Un observador lejano no verá a su amigo astronauta caer en el agujero negro. Sólo se volverá más rojo y más tenue a medida que se acerque al horizonte de sucesos [como resultado del desplazamiento gravitacional al rojo]. Pero el amigo cae dentro, en un lugar más allá de «para siempre». Signifique lo que signifique».
TAL VEZ UN AGUJERO NEGRO LLEVA A UN AGUJERO BLANCO
Ciertamente, si los agujeros negros conducen a otra parte de una galaxia o a otro universo, tendría que haber algo opuesto a ellos en el otro lado. ¿Podría tratarse de un agujero blanco, una teoría propuesta por el cosmólogo ruso Igor Novikov en 1964? Novikov propuso que un agujero negro se vincula a un agujero blanco que existe en el pasado. A diferencia de un agujero negro, un agujero blanco permitirá que la luz y la materia salgan, pero la luz y la materia no podrán entrar.
Los científicos han seguido explorando la posible conexión entre los agujeros negros y blancos. En su estudio de 2014 publicado en la revista Physical Review D, los físicos Carlo Rovelli y Hal M. Haggard afirmaron que «existe una métrica clásica que satisface las ecuaciones de Einstein fuera de una región espacio-temporal finita en la que la materia colapsa en un agujero negro y luego emerge de un agujero blanco». En otras palabras, todo el material que los agujeros negros han tragado podría ser expulsado, y los agujeros negros podrían convertirse en agujeros blancos cuando mueran.
Lejos de destruir la información que absorbe, el colapso de un agujero negro se detendría. En cambio, experimentaría un rebote cuántico que permitiría que la información escapara. De ser así, arrojaría algo de luz sobre una propuesta del ex cosmólogo y físico teórico de la Universidad de Cambridge Stephen Hawking, que en los años 70 exploró la posibilidad de que los agujeros negros emitieran partículas y radiación -calor térmico- como resultado de las fluctuaciones cuánticas.
«Hawking dijo que un agujero negro no dura para siempre», explicó Finkbeiner. Hawking calculó que la radiación haría que un agujero negro perdiera energía, se encogiera y desapareciera, como describió en su artículo de 1976 publicado en Physical Review D. Dada su afirmación de que la radiación emitida sería aleatoria y no contendría información sobre lo que había caído dentro, el agujero negro, al explotar, borraría un montón de información.
Esto significaba que la idea de Hawking estaba en desacuerdo con la teoría cuántica, que dice que la información no puede ser destruida. La física afirma que la información sólo se vuelve más difícil de encontrar porque, si se pierde, resulta imposible conocer el pasado o el futuro. La idea de Hawking dio lugar a la «paradoja de la información en los agujeros negros» y ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Algunos han dicho que Hawking estaba simplemente equivocado, y el propio hombre llegó a declarar que había cometido un error durante una conferencia científica en Dublín en 2004.
Entonces, ¿volvemos al concepto de que los agujeros negros emiten información conservada y la devuelven al exterior a través de un agujero blanco? Tal vez. En su estudio de 2013 publicado en Physical Review Letters, Jorge Pullin, de la Universidad Estatal de Luisiana, y Rodolfo Gambini, de la Universidad de la República de Montevideo (Uruguay), aplicaron la gravedad cuántica de bucles a un agujero negro y descubrieron que la gravedad aumentaba hacia el núcleo, pero se reducía y arrojaba lo que entraba a otra región del universo. Los resultados dieron mayor credibilidad a la idea de que los agujeros negros sirven de portal. En este estudio, la singularidad no existe, por lo que no forma una barrera impenetrable que acabe aplastando lo que encuentre. También significa que la información no desaparece.
QUIZÁS LOS AGUJEROS NEGROS NO VAN A NINGUNA PARTE
Sin embargo, los físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski y James Sully seguían creyendo que Hawking podría haber dado con algo. Trabajaron en una teoría que se conoció como el cortafuegos AMPS, o la hipótesis del cortafuegos de los agujeros negros. Según sus cálculos, la mecánica cuántica podría convertir el horizonte de sucesos en un gigantesco muro de fuego y todo lo que entrara en contacto se quemaría en un instante. En ese sentido, los agujeros negros no llevan a ninguna parte porque nada podría entrar en ellos.
Sin embargo, esto contradice la teoría general de la relatividad de Einstein. Alguien que cruzara el horizonte de sucesos no debería sentir grandes dificultades porque un objeto estaría en caída libre y, basándose en el principio de equivalencia, ese objeto -o persona- no sentiría los efectos extremos de la gravedad. Podría seguir las leyes de la física presentes en otras partes del universo, pero incluso si no fuera en contra del principio de Einstein, socavaría la teoría del campo cuántico o sugeriría que se puede perder información.
AGUJERO NEGRO DE LA INCERTIDUMBRE
Adelante Hawking una vez más. En 2014, publicó un estudio en el que rechazaba la existencia de un horizonte de sucesos -lo que significa que no hay nada que quemar- diciendo que el colapso gravitacional produciría en su lugar un «horizonte aparente».
Este horizonte suspendería los rayos de luz que intentan alejarse del núcleo del agujero negro, y persistiría durante un «período de tiempo». En su replanteamiento, los horizontes aparentes retienen temporalmente la materia y la energía antes de disolverse y liberarlas más adelante. Esta explicación es la que mejor encaja con la teoría cuántica -que dice que la información no puede ser destruida- y, si se llegara a demostrar, sugiere que cualquier cosa podría escapar de un agujero negro.
Hawking llegó a decir que los agujeros negros podrían no existir. «Los agujeros negros deberían redefinirse como estados límite metaestables del campo gravitatorio», escribió. No habría ninguna singularidad, y aunque el campo aparente se movería hacia dentro debido a la gravedad, nunca llegaría al centro y se consolidaría dentro de una masa densa.
Al enfocar los rayos X, el telescopio espacial NuSTAR, en órbita terrestre, estudiará los agujeros negros y otros objetos exóticos del universo lejano.
Sin embargo, todo lo que se emita no tendrá la forma de la información ingerida. Sería imposible averiguar lo que ha entrado mirando lo que sale, lo que provoca problemas propios, sobre todo para, por ejemplo, un humano que se encontrara en una situación tan alarmante. No volvería a sentirse igual.
Una cosa es segura, este misterio en particular va a engullir muchas más horas científicas durante mucho tiempo. Rovelli y Francesca Vidotto sugirieron recientemente que un componente de la materia oscura podría estar formado por restos de agujeros negros evaporados, y el artículo de Hawking sobre los agujeros negros y el «pelo suave» se publicó en 2018, y describe cómo las partículas de energía cero quedan alrededor del punto de no retorno, el horizonte de eventos, una idea que sugiere que la información no se pierde, sino que se captura.
Esto se enfrentó al teorema del no pelo que fue expresado por el físico John Archibald Wheeler y funcionó sobre la base de que dos agujeros negros serían indistinguibles para un observador porque ninguna de las pseudocargas de la física de partículas especiales se conservaría. Es una idea que ha dado que hablar a los científicos, pero aún queda camino por recorrer antes de que se considere la respuesta a dónde conducen los agujeros negros. Si pudiéramos encontrar la forma de saltar a uno.
Traducido desde: space
