El Universo (IX). Agujeros Cósmicos, una Gran Familia

En estos últimos tres artículos hemos descubierto muchos de los misterios que envuelven a los agujeros negros, desde su inicio como una simple solución a unas ecuaciones con más de un siglo de antigüedad hasta convertirse en objetos reales, tan reales que habitan en casi todas la galaxias. Posteriormente los diseccionamos para conocer mejor sus entrañas y ahora pretendemos concluir su estudio presentando a su familia.

En primer lugar conoceremos un poco mejor a su hermano mellizo, el agujero blanco. Como ya comenté en el artículo sobre la antimateria, el universo tiene una extraña afición por la simetría. Así pues, las ecuaciones de la relatividad general admiten una solución equivalente a la del agujero negro pero, por decirlo de alguna manera, “con signo negativo”. Como ya podréis suponer entonces, el agujero blanco no es más que lo contrario a un agujero negro, una región del espacio en la que nada puede entrar desde el exterior. La mejor forma de interpretarlo es pensado que es como uno negro rebobinándose.Se cree que los agujeros blancos, si es que existieran, serían sumamente inestables, convirtiéndose rápidamente en un agujero negro.

Un agujero blanco está constituido por las mismas partes que su homólogo: un horizonte de sucesos, a partir del cual nada puede penetrar en él, y una singularidad. Pero el hecho de que no deje entrar nada en su interior no quiere decir que sea de naturaleza pacífica. Al contrario, este hecho implica que, cualquier objeto que se haya conseguido acerca lo suficiente, saldrá despedido de manera violenta.

Esto ha llevado a algunos científicos a pensar que el Big Bang bien pudo ser un agujero blanco surgido de la espuma cúantica. Esta espuma es producto de la mecánica cuántica que, como ya comentamos en el artículo anterior, nos dice que a escalas lo suficientemente pequeñas puede ocurrir cualquier tipo de fenómenos siempre que su duración sea lo suficientemente pequeña.

La cuestión de los chorros de materia que se cree que serían expelidos desde un agujero blanco nos conduce a nuestro siguiente miembro de la familia, el hijo. Podríamos considerar a los quásares y a los agujeros negros como dos entidades por separado, a pesar de que están estrechamente ligados. Los quásares son fuentes masivas radiación y están clasificados como los objetos más luminosos y energéticos conocidos hasta la fecha. Se suelen localizar en galaxias jóvenes en formación alrededor de un agujero negro supermasivo.

Representación artística de un quasar.

¿De dónde proviene toda esta radiación? Alrededor de él agujero negro se forma un disco de acreción que reúne gran cantidad de materia. Ésta sufre una serie de tirones: por un lado, el agujero negro ejerce una fuerza sobre ella hacia él, mientras que por el hecho de estar girando la materia tiende a ir hacia fuera. Esto provoca una serie de fricciones que hace que se caliente a altas temperaturas, emitiendo la radiación que detectamos desde la Tierra.

¿Pero cual es la relación que tienen estos objetos con los agujeros blancos que comentamos anteriomente? Aunque no se conoce muy bien el mecanismo por el que ocurre, en algunos quásares se pueden encontrar dos chorros de materia que salen expelidos en direcciones opuestas a velocidades cercanas a la de la luz. Debido a su similitud con los chorros que se cree que podríamos encontrar en un agujero blanco, los primeros ciéntificos creyeron haber descubierto indicios de agujeros blancos al observar los primeros quásares.

Para finalizar hablaremos del último componente de la familia, aunque no sabría muy bien donde clasificarlo. Hablamos de unos objetos que han alimentando las fantasías de multitud de escritores de ciencia ficción y que, aun en el ámbito ciéntifico, crean gran controversia. Nos referimos a los agujeros de gusano. De nuevo estamos hablando de objetos surgidos como una simple solución a las ecuaciones de campo de la teoría de la relatividad general. Por ello se desconoce su existencia y su naturaleza solo se puede inducir a partir de estas ecuaciones.

El término técnico que deberíamos usar para referirnos a ellos es el de puentes de Einstein- Rosen. Supuestamente, serían atajos que nos permitirían viajar de un punto a otro del universo a través de ellos. Podrían estar formados por ejemplo por un agujero negro unido con un agujero blanco. Siempre que consiguiéramos evitar la singularidad o ser destruidos por las poderosas fuerzas en el interior de ambos, podríamos viajar desde uno al otro. Dado que estamos limitados por la velocidad de la luz, esto presenta una gran ventaja ya que, virtualmente, el espacio que tenemos que recorrer es menor.

Representació en 2D de un agujero de gusano.

Sin embargo, como los agujeros blancos, los agujeros de gusano son altamente inestables y se cree que no podrían mantenerse abiertos durante el tiempo suficiente para que pudiéramos atraversarlos de “forma segura”. Para mantenerlo abierto se debería recurrir a la llamada materia exótica (no confundir con la antimateria). Se trata de un tipo de materia hipotética producto de la física de partículas y que tendría, entre otras cosas, masa negativa. Esta características únicas son las que, según los teóricos, podrían evitar que el agujero colapse permitiéndonos atravesarlo.

Otro grupo de científicos asegura que podrían ser usados para realizar viajes en el tiempo. De acuerdo con un hecho que ya hemos citado en anteriores ocasiones, el tiempo transcurre más despacio cuando la gravedad es mayor. Ahora imaginémonos un agujero de gusano que tuviera su entrada en una zona con una gravedad débil, como podría ser en la inmediaciones de la Tierra, y el otro extremo en una región de gravedad mucho más intensa, como por ejemplo las cercanías de una estrella de neutrones.

Para un observador en la Tierra, en la estrella de neutrones habría pasado un tiempo menor que para él mismo. Si viajáramos entre las dos regiones por métodos ordinarios, no habría ninguna discontinuidad temporal. Sin embargo, al hacerlo a través del agujero de gusano, estaríamos uniendo directamente dos zonas en las que el tiempo es diferente, lo que nos permitiría pegar un salto hacia atrás o hacia delante en el tiempo. Esto plantea algunos problemas, como puede ser la paradoja del abuelo en la cual se dice que, si pudiéramos viajar al pasado, podríamos matar a nuestro propio abuelo, que no tendría a nuestro padre y por lo tanto nosotros no hubiéramos nacido.

Algunos teóricos son de la opinión de que, al unir las dos zonas, la discontinuidad temporal crearía una especie de radiación que acabaría por destruir el agujero de gusano impidiéndonos el viaje entre ellas. Sería algo así como un método de autoprotección contra este tipo de paradojas temporales que tendría la naturaleza.

Con esto finaliza nuestro, espero, detallado estudio sobre los agujeros negros que espero que haya saciado la curiosidad de todos los lectores de este modesto blog. Concluiremos esta serie de monográficos  con algunos artículos acerca de cuerpos celestes que, aunque a priori no resultan tan llamativos, son mucho más interesantes de lo que se podría suponer.

Y aprovecho para hacer un llamamiento a todos los que leáis esto para que aprovechéis para exponer vuestras dudas acerca de porqué ocurren algunas cosas que vemos en el día a día, es decir, el principio físico que se esconde detrás de las cosas más aparentemente inocentes (o no tanto). Espero que cuando tenga una buena colección pueda iniciar una nueva serie.

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~ por Kleiser en 16 mayo, 2010.

6 comentarios to “El Universo (IX). Agujeros Cósmicos, una Gran Familia”

  1. ¡Muy bueno el artículo kleiser, terminamos bien la serie!

    Respecto a los agujeros blancos (con unas características de lo más curiosas) me extraña que no se haya descubierto ninguno todavía, quizás no existan realmente… o quizás no los estemos buscando bien, a lo mejor no son como pensamos verlos.

    Puff, pero directamente los agujeros de gusano me han dado dolor de cabeza… Simplemente no lo entiendo, es algo demasiado raro… Vamos a ver si expongo por partes algunos de los líos que tengo:

    – ¿Materia exótica? ¿¿Y masa negativa?? Ahí me he quedado en blanco, no vendría mal una explicación ligera.

    “la discontinuidad temporal crearía una especie de radiación que acabaría por destruir el agujero de gusano impidiéndonos el viaje entre ellas” ¿Se supone que nuestro viaje en el tiempo destruiría el agujero de gusano? ¿Por qué? ¿De dónde surge esa radiación y por qué surge justo cuando viajamos nosotros?

    No pido que las respondas todas, sé que te llevaría mucho tiempo, pero si pudieras dar unos enlaces relacionados con cada respuesta lo agradecería (o algún libro).

    • La materia exotica simplemente es algo hipotetico, no se sabe muy bien de donde se podria obtener y si tienen serias dudas sobre su existencia. Me parece que surge de la teoria de la fisica de particulas, de algun principio de simetria o algo similar que implicara que, si existe masa positiva, debe existir masa negativa. La única mínima prueba que se ha podido encontrar de su existencia es a partir del efecto Casimir (buscalo en wikipedia o algo por el estilo no tiene desperdicio :)).

      Lo de la radiación que destruiría el agujero negro es una forma de hablar. Simplemente seria algun tipo de fuerza o energia que lo destruiria. Puedes intentar verlo de este modo: el espacio tiempo es un continuo que puede ser deformado pero (me parece) no puede ser “agujereado”. Si un agujero de gusano tuvieras las caracteristicas que menciono en el ejmplo del articulo, habria una discontinuidad temporal entre las dos regiones. Lo más probable es que la “naturaleza” simplemente tienda a destruir esa discontinuidad, o quiza ni siquiera permita su formacion.Siento no poder responder con más precision a ninguna de las dos preguntas.

      Libros serios de fisica, aunque de divulgacion, solo he leido un par, y ambos trataban de las teoria de cuerdas y la hipotesis de los universos paralelos aunque si quieres te los recomendare de todas formas. Aun tengo pendiente leer el relato “El corazón delator” :).

  2. Hola. me han surgido varias dudas: 1)los agujeros de gusano podrian ser formaciones de un agujero negro que se conecta con un agujero blanco? tendria sentido fisicamente? mi explicacion seria que uno atrae todo y otro repele y echa lo absorbido por el extremo del otro agujero. 2) cuando dices que el tiempo seria mas lento en una zona con mayor masa estamos hablando relativamente, es decir, aplicando la teoria de la relatividad no?

    y por otra parte, y saliendome del tema, estoy a punto de entrar en la universidad y queria saber si se puede realizar fisica como carrera sin haber cursado fisica en 2, es decir, sin el movimiento armonico, sin ondas etc… y si es con fisica o con quimica donde se estudia todo lo relativo a los quarks, leptones, electrones etc….

    y por ultimo, estaria bien un post explicando la teoria de cuerdas o la teoria D, creo que se llama asi…

    Un Saludo.

    • Vamos por partes:
      1- No puedo contestarte a la primera pregunta en base a mis conocimientos, porque no he estudiado relatividad general y todo lo que se es de leer sobre ella. Sin embargo, según lo que he leido, debe tener sentido físico ya que los teóricos lo postulan como uno de las posibles formas que puede tener un agujero de gusano: uno agujero blanco y uno negro “unidos por sus extremos”. Y la forma de visualizarlo seria como lo has dicho, entra por uno y sales por el otro, uno absorve y otro expulsa, aunque no sobrevivirias a ninguno de los dos procesos 😀

      2-El tiempo va más lento en función de la gravedad, bueno del potencial gravitatorio en el que se encuentra el objeto que es lo que dice la teoria de la relavitidad general. Pero hay que matiza que pasa más lento para un observador externo. Es algo parecido a lo que pasa con la relatividad especial: si tu viajas a la velocidad de la luz, el tiempo no transcurre más lento para tí, sino para alguien que este observando como te estas moviendo.

      Me alegra que te estes planteando unirte al club de los fisiquillos :D. En mi carrera conozco a un par de personas que no hicieron fisica en segundo de Bachillerato, y aunque al principio les costo un poco no tardas en coger el ritmo. De hecho por lo que vi tenian más problemas con las matemáticas (porque habia hecho bachillerato de ciencias de la salud puro), con cosas como matrices, que con la física.

      Y por último, lo de los quarks, leptones, etc, entra dentro de la física de partículas. Lo que nose es si lo tratan en química, y me parece que es un tema que no se aborda en exceso en la carrera de física de todas formas. Supongo que siempre hay optativas, y sino másteres al final de la carrera, pero en principio es un tema perteneciente a la física.

      Hablare de la teoría de cuerdas o teoría M (de membrana) si me lo pides, pero si no te importa darme tiempo, porque ahora llegan los examenes y quiero documentarme sobre lo más posible sobre el tema para no cometer errores, o cometer los minimos posibles. Tengo un par de libros sobre el tema, pero tampoco es cuestion de que los ponga enteros :D.

      Saludos y gracias por comentar 🙂

  3. Se ven matrices en fisica? Muchas?? y suerte con los examenes…. a mi me queda selectividad

    Un saludo

    • Hombre las matrices son una herramienta de trabajo matematico como otra cualquiera. Las usaras, pero tambien te enseñaran a usarlas tranquilo :D. Suerte con la selectividad. Al contrario de lo que dicen, son mucho mas complicados los examenes de fin de curso que la selectividad.

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