Agujeros negros (página 2)

Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros súper masivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias  y galaxias activas.

HISTORIA DEL AGUJERO NEGRO.

 Un catedrático de Cambridge, John Michell, escribió en 1783 un articulo en el Philosophical Transactions of the Royal Society of London en el que señalaba que una estrella que fuera suficientemente masiva y compacta tendría un campo gravitatorio tan intenso que la luz no podría escapar: la luz emitida desde la superficie de la estrella sería arrastrada de vuelta hacia el centro por la atracción gravitatoria de la estrella, antes que pudiera llegar muy lejos. Michell sugirió que podría haber un gran número de estrellas de este tipo. A pesar que no seriamos capaces de verlas porque su luz no nos alcanzaría pero si notaríamos su atracción gravitatoria.

 Estos objetos son los que hoy en día llamamos agujeros negros, ya que esto es precisamente lo que son: huecos negros en el espacio. Por aquel entonces la teoría de Newton de gravitación y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidos. Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del sol y la misma densidad tendría, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible.

En 1796, el matemático francés Pierre-Simon Laplace explicó en las dos primeras ediciones de su libro Exposition du Systeme du Monde la misma idea. Pero al ganar terreno la idea de que la luz era una onda sin masa, en el siglo XIX fue descartada en ediciones posteriores.

En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz era influenciada por la gravedad. Unos meses después, Karl Schwarzschild encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado absorbería la luz. Se sabe ahora que el radio de Schwarzschild es el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira, pero esto no era bien entendido en aquel entonces. El propio Schwarzschild pensó que no era más que una solución matemática, no física.

En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con una masa crítica, ahora conocida como límite de Chandrasekhar, y que no emitiese radiación, colapsaría por su propia gravedad porque no había nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la fuerza de atracción gravitatoria sería mayor que la proporcionada por el principio de exclusión de Pauli). Sin embargo Eddington se opuso a la idea de que la estrella alcanzaría un tamaño nulo, lo que implicaría una singularidad desnuda de materia, y que debería haber algo que inevitablemente pusiera freno al colapso, línea adoptada por la mayoría de los científicos.

En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapso gravitatorio y por tanto los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza. Esta teoría no fue objeto de mucha atención hasta los años 60 porque se tenía más interés en lo que sucedía a escala atómica después de la guerra.

Entre 1965 y 1970, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se podía impedir que de un colapso se crease un agujero negro.

En 1967, sin embargo, el estudio de los agujeros negros fue revolucionado por Israel Werner, un científico canadiense (que nació en Berlín, creció en Sudáfrica, y obtuvo el titulo de doctor en Irlanda). Israel demostró que, de acuerdo con la relatividad general, los agujeros negros sin rotación debían ser muy simples; eran perfectamente esféricos, su tamaño solo dependía de su masa, y dos  agujeros negros cualesquiera con la misma masa serian idénticos. De hecho, podrían ser descritos por una solución particular de las ecuaciones de Einstein, solución conocida desde 1917, hallada gracias a Karl Schwarzschild al poco tiempo del descubrimiento de la relatividad general.

Al principio, mucha gente, incluido el propio Israel, argumentó que puesto que un agujero negro tenía que ser perfectamente esférico, sólo podría formarse del colapso de un objeto perfectamente esférico. Cualquier estrella real, que nunca sería perfectamente esférica, solo podría por lo tanto colapsarse formando una singularidad desnuda.

Hubo, sin embargo, una interpretación diferente del resultado de Israel, defendida, en particular, por Roger Penrose y John Wheeler.

 Ellos argumentaron que los rápidos movimientos involucrados en el colapso de una estrella implicarían que las ondas gravitatorias que desprendiera la harían siempre más esférica, y  para cuando se hubiera asentado en un estado estacionario sería perfectamente esférica.

 De acuerdo con este punto de vista, cualquier estrella sin rotación, independientemente de lo complicado de su forma y de su estructura interna, acabaría después de un colapso gravitatorio siendo un agujero negro perfectamente esférico, cuyo tamaño dependería únicamente de su masa. Cálculos posteriores apoyaron este punto de vista, que pronto fue adoptado de manera general. El resultado de Israel sólo se aplicaba al caso de agujeros negros formados a partir de cuerpos sin rotación.

En 1963, Roy Kerr, un neozelandés, encontró un conjunto de soluciones a las ecuaciones de la relatividad general que describían agujeros negros en rotación. Estos agujeros negros de Kerr giran a un ritmo constante, y su tamaño y forma sólo dependen de su masa y de su velocidad de rotación. Si la rotación es nula, el agujero negro es perfectamente redondo y la solución es idéntica a la de Schwarzschild. Si la rotación no es cero, el agujero negro se deforma hacia fuera cerca de su ecuador justo igual que la Tierra o el Sol, se achatan en los polos debido a su rotación, y cuanto más rápido gira, más se deforma. De este modo, al extender el resultado de Israel para poder incluir a los cuerpos en rotación, se conjetura que cualquier cuerpo en rotación, que colapsara y formara un agujero negro, llegaría finalmente a un estado estacionario descrito por la solución de Kerr.

 En 1970, en Cambridge, Brandon Carter, dio el primer paso para la demostración de la anterior conjetura. Probó que, con tal que un agujero negro rotando de manera estacionaria tuviera un eje de simetría, como una peonza, su tamaño y su forma solo dependerían de su masa y de la velocidad de rotación. Luego, en 1971, demostró que cualquier agujero negro rotando de manera estacionaria siempre tendría un eje de simetría. Finalmente, en 1973, David Robinson, del Kings College de Londres, uso el resultado de Carter y de Stephen Hawkings  para demostrar que la conjetura era correcta; dicho agujero negro tiene que ser verdaderamente la solución de Kerr. Así, después de un colapso gravitatorio, un agujero negro se debe asentar en un estado en el que puede rotar, pero no puede tener pulsaciones, es decir, aumentos y disminuciones periódicas de su tamaño.

La frontera de un agujero negro no es una superficie de material real, sino una simple frontera matemática de la que no escapa nada, ni la luz que atraviese sus límites, se llama el horizonte de eventos; cualquier fenómeno que ocurra pasada esa frontera jamás podrá verse fuera de ella. El horizonte de suceso es unidireccional: se puede entrar, pero jamás salir

La idea de agujero negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales que llevaron al descubrimiento de los púlsares. Poco después, el término "agujero negro" fue acuñado por John Wheeler.

PARTES DE UN AGUJERO NEGRO.

Un agujero negro tiene tres partes principales que debemos diferenciar:

1).Orbita del agujero negro:

Es el exterior del agujero negro. En el está toda la materia que tarde o temprano va a ser engullida por el agujero negro. Esta materia gira en torno al agujero negro, pero poco a poco va desplazándose más hacia el interior. Nadie sabe todavía donde va a parar esta materia.

2).Horizonte de sucesos:

El horizonte de sucesos es como una válvula que solo puede atravesarse en un sentido. Una vez que lo cruzas es imposible salir de ahí. Ni siquiera la luz puede salir. Aquí, ya sólo queda bajar hasta la singularidad, que es el punto y final del agujero negro. Ponemos el ejemplo de una nave interestelar de las del tipo de las películas de ciencia ficción. Si una nave quisiera salir del horizonte de sucesos, necesitaría una aceleración infinita, prohibida por las leyes de la física.

3).La singularidad:

La singularidad es la parte final del agujero negro. Aquí, la curvatura del espacio tiempo es muy extrema, y en caso de que una nave llegase hasta aquí, el espacio tiempo la comprimiría hasta densidades superiores a las de miles de millones de toneladas por centímetro cúbico que existen en el núcleo de los púlsares.

Capítulo II: AGUJEROS NEGROS EN RELACIÓN A SU MASA

CONCEPTOS PRELIMINARES SOBRE EL PESO DE LOS AGUJEROS NEGROS.

El concepto de un cuerpo tan pesado que ni la luz pudiese escapar de él, fue descrito en un artículo enviado a la Royal Society por un geólogo inglés llamado John Michelle en 1783. Por aquel entonces la teoría de Newton de gravitación y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidas. Michelle calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del sol y la misma densidad tendría, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible.

Años más tarde en 1928, un estudiante graduado de la india Subrahmanyan Chandrasekhar, calculó lo grande que podría llegar a ser una estrella que fuera capaz de soportar su propia gravedad, antes de que se acabe su combustible. Descubrió una masa (aproximadamente 1.5 veces la masa del Sol) en la que una estrella fría no podría soportar su gravedad. Esto es lo que se conoce como el límite de Chandrasekhar. Si una estrella posee una masa menor a la del límite de Chandrasekhar, puede estabilizarse y convertirse en una enana blanca, con un radio de pocos kilómetros y una densidad de toneladas por centímetro cúbico.

Las estrellas de neutrones también están dentro del límite de Chandrasekhar, siendo para estas 3 masas solares, y se mantienen por la repulsión de electrones. Su densidad es de millones de toneladas por centímetro cúbico, aquí se incluyen los púlsares, los cuales son estrellas de neutrones en rotación. En 1939, Robert Oppenheimer describió lo que le sucedería a una estrella si estuviera por fuera del límite de Chandrasekhar.

El campo gravitatorio de la estrella cambia los rayos de luz en el espacio – tiempo, ya que los rayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentro de la superficie de la estrella. Cada vez se hace más difícil que la luz escape, y la luz se muestra más débil y roja para un observador. Cuando la estrella alcanza un radio crítico, el campo gravitatorio crece con una intensidad que la luz ya no puede escapar. Esta región es llamada hoy un agujero negro.

TAMAÑO DE LOS AGUJEROS NEGROS.

Si analizamos el tema del espacio que ocupa un agujero negro debemos de considerar como parámetro principal una variable matemática denominada el radio de Schwarszchild el cual es el radio del horizonte de sucesos que comprende al agujero negro (dentro de este radio la luz es absorbida por la gravedad y cualquier cuerpo es absorbido con una fuerza gravitatoria infinita hacia el centro del agujero negro no pudiendo escapar de éste). Ahora bien los científicos han logrado hallar una relación directa entre la masa y el espacio ocupado de un agujero negro, esto significa que si un agujero negro es diez veces más pesado que cualquier estrella ocupará también diez veces el espacio ocupado por esa estrella. Para darnos una idea más clara compararemos el tamaño del sol con un agujero negro súper masivo, el sol posee un radio de aproximadamente 434,96 millas mientras que el agujero negro súper masivo poseerá un radio de a lo más cuatro veces más grande que el del Sol.

MASA DE LOS AGUJEROS NEGROS.

Si analizamos la segunda propiedad debemos de considerar que hasta el momento lo que se sabe de la masa que poseen los agujeros negros es que esta no tiene límites conocidos (ningún máximo ni mínimo). Pero si analizamos las evidencias actuales podemos considerar que dado que los agujeros negros se forman a partir de la muerte de estrellas masivas debería de existir un límite máximo del peso de los agujeros negros que sería a lo mucho igual a la masa máxima de una estrella masiva. Dicha masa límite es igual a diez veces la masa del Sol (más o menos 1×1031 kilogramos).

 En los últimos años se ha encontrado evidencia de la existencia de agujeros negros en el centro de galaxias masivas. Se cree a partir de esto que dichos agujeros negros poseerían "millón de veces la masa del sol".

CLASIFICACION TEORICA

1.-Según su origen.

Agujeros negros primordiales:

Aquellos que fueron creados temprano en la historia del Universo. Sus masas pueden ser variadas y ninguno ha sido observado.

En 1971, Stephen Hawkings teorizó que en la densa turbulencia creada por el fenómeno conocido como Big Bang, se formaron presiones externas las cuales ayudaron en la formación de los mini agujeros negros. éstos serían tan masivos como una montaña, pero tan pequeños como un protón; radiarían energía espontáneamente, y después de miles de millones de años finalizarían con una violenta explosión.

Estos agujeros negros tendrían una mayor temperatura y emitirían radiación a un ritmo mucho mayor. Un agu­jero negro primitivo con una masa inicial de mil millo­nes de toneladas tendría una vida media aproximada­mente igual a la edad del universo.

 Los agujeros negros primitivos con masas iniciales menores que la anterior ya se habrían evaporado completamente, pero aquellos con masas ligeramente superiores aún estarían emitien­do radiación en forma de rayos X y rayos gamma. Los rayos X y los rayos gamma son como las ondas lumi­nosas, pero con una longitud de onda más corta. Tales agujeros apenas merecen el apelativo de negros: son realmente blancos incandescentes y emiten energía a un ritmo de unos diez mil megavatios.

Un agujero negro de esas características podría hacer funcionar diez grandes centrales eléctricas, si pudiéra­mos aprovechar su potencia. No obstante, esto sería bastante difícil: ¡el agujero negro tendría una masa como la de una montaña comprimida en menos de una billonésima de centímetro, el tamaño del núcleo de un átomo! Si se tuviera uno de estos agujeros negros en la superficie de la Tierra, no habría forma de conseguir que no se hundiera en el suelo y llegara al centro de  Tierra.

2.-Según la masa:

a) Agujeros  negros de masa estelar o medianos:

Se forman cuando una estrella de masa 2,5 mayor que la masa del Sol se convierte en supernova e implosiona.

 Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más.

Por otro lado, hay buena evidencia de que los agujeros negros medianos se forman como despojos de estrellas masivas que colapsan al final de sus vidas.

b) Agujeros negros súper masivos:

 Son el corazón de muchas galaxias. Se ha establecido que tiene una masa de 2.5 millones de veces la del Sol.

Se forman en el mismo proceso que da origen a las componentes esféricas de las galaxias. Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros súper masivos.

Estos agujeros negros súper masivos tienen un horizonte de eventos más o menos igual al tamaño del Sistema Solar.  Otra de las implicaciones de un Agujero Negro súper masivo sería la probabilidad que fuese capaz de generar su colapso completo, convirtiéndose en una singularidad desnuda de materia.

3.-Según el momento angular (modelos teóricos):

Un agujero negro sin carga y sin momento angular es un agujero negro de Schwarzschild, mientras que un agujero negro rotatorio (con momento angular mayor que 0), se denomina agujero negro de Kerr.

EL LIMITE CHANDRASEKHAR.

Para empezar, no todas las estrellas se pueden convertir en agujeros negros, para ello deben de cumplir ciertos requisitos como por ejemplo el tamaño, tiempo de vida, entre otras características.

Las estrellas se forman a partir de grandes concentraciones de gas, principalmente hidrógeno, por efectos gravitatorios los átomos que conforman estos gases empezarán a colapsar unos contra otros contrayéndose y generando un calentamiento del gas, el calor poco a poco se incrementará llegando a generarse reacciones importantes entre los átomos (transformación de moléculas de Hidrógeno en Helio como explicamos anteriormente). Estas reacciones provocan emanaciones de energía altísimas que le dan a las estrellas la luminosidad característica. Todo esto ocurre hasta un momento en que los átomos llegan a alcanzar un equilibrio a partir del cual dejan de contraerse. El Sol se encuentra en estos momentos en este equilibrio, en el que no existe ningún tipo de contracción por parte de sus componentes.

Ahora bien, durante el período de tiempo que toma el proceso de contracción de los átomos la estrella sigue acumulando más gases y crece en tamaño, este tamaño fue estudiado por Subrahmanyan Chandrasekhar, quien indicó el tamaño máximo que una estrella puede alcanzar antes de llegar a consumir todo su combustible natural.

Chandrasekhar descubrió el límite al cual una estrella puede crecer de manera que su masa pueda llegar a ser tal que la estrella llegue al límite de soporte de su gravedad; lo cual nos ayuda a entender que si la estrella es muy grande su gravedad podría provocar que esta "se derrumbe sobre sí misma" (para entenderlo piensa en un huevo cayendo a 400 metros de profundidad bajo el mar, lo que sucedería es que el huevo se rompería por efecto de la presión del agua la cual se ejerce de manera perpendicular sobre la superficie del huevo antes de caer al fondo del mar).

Sucede entonces que Chandrasekhar calculó matemáticamente que la masa crítica de una estrella sería igual a 1,5 veces la masa del sol a ésta masa se le denomina el límite de Chandrasekhar, por debajo de éste límite encontramos a las enanas blancas y las estrellas de neutrones mientras que por encima de ese límite podríamos encontrar a los agujeros negros (bueno no fue hasta 1939 que se logró explicar que sucedería con una estrella con una masa mayor a la del límite de Chandrasekhar), esa estrella poseería un campo gravitatorio tan fuerte que los rayos de luz emanados de la estrella empiezan a irradiarse hacia la superficie (como un boomerang), poco a poco los rayos de luz se inclinan con mayor fuerza hacia la misma estrella de la cual emanan.

A lo lejos un observador contemplará como la estrella pierde luminosidad tornándose roja (un efecto parecido a cuando las baterías de una lámpara se van acabando de a pocos), Cuando la estrella llegue a alcanzar un radio crítico el campo gravitatorio crecerá de manera exponencial llegando finalmente a atrapar a la misma luz dentro de ella.

En este instante el agujero negro ha sido creado y su presencia sólo puede ser notada por la emisión de rayos X que provoca.

Capítulo III: DETECCIÓN DE LOS AGUJEROS NEGROS

FORMACIÓN DE LOS AGUJEROS NEGROS.

Supongamos una estrella como el sol que va agotando su combustible nuclear convirtiendo su hidrógeno a helio y este a carbono, oxígeno y finalmente hierro llegando un momento en que el calor producido por las reacciones nucleares es poco para producir una dilatación del sol y compensar así a la fuerza de la gravedad. Entonces el sol se colapsa aumentando su densidad, siendo frenado ese colapso únicamente por la repulsión entre las capas electrónicas de los átomos. Pero si la masa del sol es lo suficientemente elevada se vencerá esta repulsión (al sobrepasar el límite de Chandrasekhar) pudiéndose llegar a fusionarse los protones y electrones de todos los átomos, formando neutrones y reduciéndose el volumen de la estrella no quedando ningún espacio entre los núcleos de los átomos. El sol se convertiría en una esfera de neutrones y por lo tanto tendría una densidad elevadísima. Sería lo que se denomina "estrella de neutrones".

 Naturalmente las estrellas de neutrones no se forman tan fácilmente, ya que al colapsarse la estrella la energía gravitatoria se convierte en calor rápidamente provocando una gran explosión. Se formaría una nova o una supernova expulsando en la explosión gran parte de su material, con lo que la presión gravitatoria disminuiría y el colapso podría detenerse. Así se podría llegar a formar objetos de menos densidad que las estrellas de neutrones llamados "enanas blancas" en las que la distancia entre los núcleos atómicos a disminuido de modo que los electrones circulan libres por todo el material (es la llamada materia degenerada), y es la velocidad de movimiento de estos lo que impide un colapso mayor. Por lo tanto la densidad es muy elevada pero sin llegar a la de la estrella de neutrones. Estos electrones degenerados se repelen pero no por repulsión electromagnética sino por  porque al presionarlos se intenta que ocupen el mismo orbital más electrones de los que caben. Es la presión de Fermi de los electrones degenerados que actúa cuando las ondas asociadas a los electrones comienzan a solaparse. Pero Chandrasekhar descubrió que si la masa de la enana blanca fuera superior a 1,44 masas solares, entonces debido al límite máximo de velocidad de los electrones (la velocidad de la luz) esta presión de Fermi no sería suficiente y la estrella colapsaría a una estrella de neutrones.

Se ha calculado que por encima de 2.5 soles de masa, una estrella de neutrones se colapsaría más aún fusionándose sus neutrones. Esto es posible debido igualmente a que el principio de exclusión de Pauli por el cual se repelen los neutrones tiene un límite cuando la velocidad de vibración de los neutrones alcanza la velocidad de la luz.

Debido a que no habría ninguna fuerza conocida que detuviera el colapso, este continuaría hasta convertir la estrella en un punto creándose un agujero negro. Este volumen puntual implicaría una densidad infinita, por lo que fue rechazado en un principio por la comunidad científica, pero S. Hawking demostró que esta singularidad era compatible con la teoría de la relatividad general de Einstein

Los agujeros negros se forman a partir de estrellas moribundas las cuales luego de un proceso natural empiezan a acumular una enorme concentración de masa en un radio mínimo de manera que la velocidad de escape de esta estrella es mayor que la velocidad de la luz. A partir de esto la ex estrella no permite que nada se escape a su campo gravitatorio, inclusive la luz no puede escapar de ella. Para entender con mayor claridad lo anteriormente escrito es conveniente que estudiemos las fases en la formación de una estrella.

DETECCIÓN DE LOS AGUJEROS NEGROS.

Un agujero negro no podríamos observarlo fácilmente ya que no reflejarían ni emitirían ningún tipo de radiación ni de partícula. Pero hay ciertos efectos que sí pueden ser detectados. Uno de estos efectos es el efecto gravitatorio sobre una estrella vecina.

Supongamos un sistema binario de estrellas (dos estrellas muy cercanas girando la una alrededor de la otra) en el cual una de las estrellas es visible y de la cual podemos calcular su distancia a la Tierra y su masa. Esta estrella visible realizará unos movimientos oscilatorios en el espacio debido a la atracción gravitatoria de la estrella invisible. A partir de estos movimientos se puede calcular la masa de la estrella invisible.

Si esta estrella invisible supera una masa de unos 1'5 veces la masa de nuestro sol, tendremos que suponer que se trata de un agujero negro.

Además si la estrella visible está lo suficientemente cerca, podría ir cediéndole parte de su masa que caería hacia el agujero negro siendo acelerada a tal velocidad que alcanzaría una temperatura tan elevada como para emitir rayos X. Pero esto también sucedería si se tratara de una estrella de neutrones en vez de un agujero negro.

Un ejemplo de objeto detectado que cumple las dos condiciones primeras expuestas es la estrella binaria llamada Cignus-X1, que es una fuente de rayos X muy intensa formada por una estrella visible y una estrella invisible con una masa calculada que supera los 2'5 masas solares. A parte de esto también hay que tener en cuenta que S. Hawking dedujo que un agujero negro produciría partículas subatómicas en sus proximidades, perdiendo masa e irradiando dichas partículas, lo cual sería otro modo de detección.

DESCUBRIMIENTOS RECIENTES.

En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA dirigido por Andrea Ghez demostró mediante simulación por ordenadores la posibilidad de la existencia de agujeros negros súper masivos en el núcleo de las galaxias, tras estos cálculos mediante el sistema de óptica adaptable se verificó que algo deformaba los rayos de luz emitidos desde el centro de nuestra galaxia (la Vía Láctea), tal deformación se debe a un invisible agujero negro súper masivo que ha sido denominado Sgr.A (o Sagittarius A), al mismo se le supone una masa 4,5 millones de veces mayor que la del Sol. El agujero negro súper masivo del centro de nuestra galaxia actualmente es poco activo ya que ha consumido gran parte de la materia bariónica que se encuentra en la zona de su inmediato campo gravitatorio y emite grandes cantidades de radiación.

Por su parte la astrofísica Fayal Ã?zel ha explicado algunas características probables en torno a un agujero negro: cualquier, incluido el espacio, cosa que entre en la fuerza de marea provocada por un agujero negro se aceleraría a extremada velocidad como en un vórtice y todo el tiempo dentro del área de atracción de un agujero negro se dirigiría hacia el mismo agujero negro.

En junio de 2004 astrónomos descubrieron un agujero negro súper masivo, el Q0906+6930, en el centro de una galaxia distante a unos 12.700 millones de años luz. Esta observación indicó una rápida creación de agujeros negros súper masivos en el Universo joven.

La formación de micro agujeros negros en los aceleradores de partículas ha sido informada, pero no confirmada. Por ahora, no hay candidatos observados para ser agujeros negros primordiales.

El mayor

En el año 2007 se descubrió el agujero negro, denominado IC 10 X-1, está en la constelación de Casiopea cerca de la galaxia enana IC 10, a una distancia de 1,8 millones de años luz de la Tierra con una masa de entre 24 y 33 veces la de nuestro Sol se considera el mayor hasta la fecha.

 Posteriormente en abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Turku (Finlandia) por un equipo de científicos dirigido por Mauri Valtonen descubrió un sistema binario, un blazar llamado OJ287, tal sistema está constituido por un agujero negro menor que orbita en torno al mayor, la masa del mayor sería de 18.000 millones de veces la de nuestro Sol. Se supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor golpea la ergosfera del mayor dos veces generándose un quásar.

El menor

En abril de 2008 el equipo coordinado por Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk ha identificado el más pequeño de los agujeros negros conocidos hasta la fecha; ha sido denominado J 1650, se ubica en la constelación constelación Ara (o Altar) de la Vía Láctea (la misma galaxia de la cual forma parte la Tierra). J 1650 tiene una masa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 Km. de diámetro se habría formado por el colapso de una estrella; tales dimensiones estaban previstas por las ecuaciones de Einstein.

Se considera que son prácticamente las dimensiones mínimas que puede tener un agujero negro ya que una estrella que colapsara y produjera un fenómeno de menor masa se transformaría en una estrella de neutrones. Se considera que pueden existir muchos más agujeros negros de dimensiones semejantes.

Capítulo IV: LOS AGUJEROS NEGROS NO SON TAN NEGROS

Se sabe que la definición actual de un agujero negro es como el conjunto de sucesos desde los cuales no es posible escapar a una gran distancia, definición que es la generalmente aceptada en la actualidad. Significa que la frontera del agujero negro, el horizonte de sucesos, está formada por los caminos en el espacio-tiempo de los rayos de luz que justamente consiguen escapar del agujero negro, y que se mue­ven eternamente sobre esa frontera, es algo parecido a correr huyendo de la policía y conseguir mantenerse por delante, pero no ser capaz de escaparse sin dejar rastro. Los caminos de estos ra­yos de luz nunca podrían aproximarse entre sí; si lo hicieran, deberían acabar chocando, sería como encon­trarse con algún otro individuo huyendo de la policía en sentido contrario: ¡Ambos serían detenidos! (O, en este caso, los rayos de luz caerían en el agujero negro).

 Pero si estos rayos luminosos fueran absorbidos por el agu­jero negro, no podrían haber estado entonces en la frontera del agujero negro. Así,  los caminos de los rayos luminosos en el horizonte de sucesos tienen que mo­verse siempre o paralelos o alejándose entre sí.

Otro modo de ver esto es imaginando que el horizonte de su­cesos, la frontera del agujero negro, es como el perfil de una sombra .Si uno se fija en la sombra proyectada por una fuente muy le­jana, tal como el Sol, verá que los rayos de luz del perfil no se están aproximando entre sí. Si los rayos de luz que forman el horizonte de suce­sos, la frontera del agujero negro, nunca pueden acer­carse entre ellos, el área del horizonte de sucesos podría permanecer constante o aumentar con el tiempo, pero nunca podría disminuir, porque esto implicaría que al menos algunos de los rayos de luz de la frontera ten­drían que acercarse entre sí. De hecho, el área aumentará siempre que  algo de materia o radiación caiga en el agu­jero negro. O si dos agujeros negros chocan y se quedan unidos formando un único agujero negro, el área del horizonte de sucesos del agujero negro final será mayor o igual que la suma de las áreas de los hori­zontes de sucesos de los agujeros negros originales.

Esta propiedad de no disminución del área del horizonte de sucesos produce una restricción impor­tante de los comportamientos posibles de los agujeros. El científico Roger Ponrose no se había dado cuenta de que las fronteras de los agujeros negros, de acuerdo con las dos definiciones, serían las mismas, por lo que también lo serían sus áreas respectivas, con tal de que el agujero negro se hubiera estabilizado en un estado estacionario en el que no existieran cambios temporales.

LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

El comportamiento no decreciente del área de un agujero negro recordaba el comportamiento de una cantidad física llamada entropía, que mide el grado de desorden de un sistema. Es una cuestión de experiencia diaria que el desorden tiende a aumentar, si las cosas se abandonan a ellas mismas.

Se puede crear orden a partir del desorden (por ejemplo, uno puede pintar la casa), pero esto requiere un consumo de esfuerzo o energía, y por lo tanto disminuye la cantidad de energía ordenada obtenible.

Un enunciado preciso de esta idea se conoce como la  segunda ley de la termodinámica. Dice que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta, y que cuando dos sistemas se junta, la entropía del sistema combinado es mayor que la suma de las entropías de los sistemas individuales.

 Consideremos, a modo de ejemplo, un sistema de moléculas de gas en una caja. Las moléculas pueden imaginarse  como pequeñas bolas de billar cho­cando "continuamente entre sí y con las paredes de la caja. Cuanto mayor sea la temperatura del gas, con ma­yor rapidez se moverán las partículas y, por lo tanto, con mayor frecuencia e intensidad chocarán contra las paredes de la caja, y mayor presión hacia afuera ejercerá. Supongamos que las moléculas están inicialmente confinadas en la parte izquierda de la caja separadas mediante una pared. Si se quita dicha pared, las moléculas tenderán a expandirse y a ocupar las dos mitades de la caja. En algún instante posterior, todas ellas podrían estar, por azar, en la parte derecha, o, de nuevo, en la mitad izquierda, pero es extremadamente más probable que haya un número aproximadamente igual de molé­culas en cada una de las dos mitades.

 Tal estado es me­nos ordenado, o más desordenado, que el estado origi­nal en el que todas las moléculas estaban en una mitad. Se dice, por eso, que la entropía del gas ha aumentado. De manera análoga, supongamos que se empieza con dos cajas, una que contiene moléculas de oxígeno y las otras moléculas de nitrógeno. Si se juntan las cajas y se quitan las "paredes separadoras", las moléculas de oxígeno y de nitrógeno empezarán a mezclarse. Transcurrido cierto tiempo, el estado más probable será una mezcla bastante uniforme de moléculas de oxígeno y nitrógeno en ambas cajas. Este estado estará menos ordenado, y por lo tanto tendrá más entropía que el estado inicial de las dos cajas separadas.        

  La segunda ley de la termodinámica tiene un status algo diferente al de las restantes leyes de la ciencia, como la de la gravedad de Newton por citar un ejemplo, porque no siempre se verifica, aunque sí en la inmensa mayoría de los casos. La probabilidad de que todas las moléculas de gas de nuestra primera caja se encuentren en una mitad, pasado cierto tiempo, es de muchos mi­llones de millones frente a uno, pero puede suceder.

Sin embargo, si uno tiene un agujero negro, parece existir una manera más fácil de violar la segunda ley: simplemente lanzando al agujero negro materia con gran cantidad de entropía, como, por ejemplo, una caja de gas. La entropía total de la materia fuera del agujero  negro disminuirá. Todavía se podría decir, desde luego, que la entropía total, incluyendo la entropía dentro del aguje­ro negro, no ha disminuido, pero, dado que no hay for­ma de mirar dentro del agujero negro, no podemos sa­ber cuánta entropía tiene la materia dentro. Sería entonces interesante que hubiera alguna característica del agujero negro a partir de la cual los observadores, fuera de él, pudieran saber su entropía, y que ésta au­mentará siempre que cayera en el agujero negro materia portadora de entropía.

Siguiendo el descubrimiento descrito antes (el área del horizonte de sucesos aumenta siempre que caiga materia en un agujero negro), un es­tudiante de investigación de Princeton, llamado Jacob Bekenstein, sugirió que el área del horizonte de sucesos era una medida de la entropía del agujero negro. Cuan­do materia portadora de entropía cae en un agujero ne­gro, el área de su horizonte de sucesos aumenta, de tal modo que la suma de la entropía de la materia fuera de los agujeros negros y del área de los horizontes nunca disminuye.                                                                                      

Esta sugerencia parecía evitar el que la segunda ley de la termodinámica fuera violada en la mayoría de las situaciones. Sin embargo, había un error fatal. Si un agujero negro tuviera entropía, entonces también ten­dría que tener una temperatura. Pero un cuerpo a una temperatura particular debe emitir radiación a un cierto ritmo.

Es una cuestión de experiencia común que si se calienta un atizador en el fuego se pone rojo incandes­cente y emite radiación; los cuerpos a temperaturas más bajas también emiten radiación, aunque normalmente no se aprecia porque la cantidad es bastante pequeña. Se requiere esta radiación para evitar que se viole la segun­da ley. Así pues, los agujeros negros deberían emitir radiación. Pero por su propia definición, los agujeros ne­gros son objetos que se supone que no emiten nada.

Parece, por lo tanto, que el área de un agujero negro no podría asociarse con su entropía.

 En 1972, Stephen W. Hawking escribió un artículo con Brandon Carter y un colega norteamerica­no, Jim Bardeen, en el que señalaban que aunque había muchas semejanzas entre entropía y área del horizonte de sucesos, existía esta dificultad aparentemente fatal. Stephen  admitía que al escribir este artículo estaba moti­vado, en parte, por su irritación contra Bekenstein, quien, según el creía, había abusado del descubri­miento del aumento del área del horizonte de sucesos. Pero al final resultó que él estaba básicamente en lo cierto, aunque de una manera que él no podía haber esperado.     

RADIACION DEL AGUJERO NEGRO.

En 1973 se descubrió la manera de calcular la radiación que emitían de los agujeros negros en rotación por el método mecano-cuánticos  pero esto no le  gusto mucho a Stephen H. por lo cual  emprendió la tarea de idear un tratamiento matemático mejor, que describió en un seminario informal en Oxford, a finales de noviembre de 1973.

 En aquel momento, aún no había rea­lizado los cálculos para encontrar cuánto se emitiría realmente. Esperaba descubrir exactamente la radiación que Zeldovich y Starobinsky habían predicho para los agujeros negros en rotación. Sin embargo, cuando hizo el cálculo, encontró, para su sorpresa y enfado, que in­cluso los agujeros negros sin rotación deberían crear partículas a un ritmo estacionario. 

Al principio pensó que esta emisión indicaba que una de las aproximacio­nes que había usado no era válida. Tenía miedo de que si Bekenstein se enteraba de esto, lo usara como un nuevo argumento para apoyar su idea acerca de la entropía de los agujeros negros, que aún no me gustaba. No obs­tante, cuanto más pensaba en ello, más me parecía que las aproximaciones deberían de ser verdaderamente adecuadas. Pero lo que al final me convenció de que la emisión era real fue que el espectro emitido por un cuerpo caliente. El agujero negro emitía partículas exactamente al ritmo correcto para impedir que la segunda ley de la termodinámica sea violada.

Desde entonces los cálculos se han repetido de diversas maneras por otras personas. Todas ellas confirman que un agujero debería emitir partículas y radiación como si fuera un cuerpo caliente con una temperatura que sólo depende de la masa del agujero negro: cuanto mayor sea la masa, tanto menor será la temperatura.

Se puede entender esta emisión de la siguiente manera: lo que pensamos que es espacio vacío no puede estar completamente vacío, porque eso significaría que todos los campos,  tales como el gravitatorio o el electromagné­tico, tendrían que ser exactamente cero.

Sin embargo, el valor de un campo y su velocidad de cambio con el tiempo son como la posición y la velocidad de una partícula.  El principio de incertidumbre implica que cuanto con mayor precisión se conoce una de esas dos magni­tudes, con menor precisión se puede saber la otra. Así, en el espacio vacío, el campo no puede estar fijo con va­lor cero exactamente, porque entonces tendría a la vez un valor preciso (cero) y una velocidad de cambio pre­cisa (también cero). Debe haber una cierta cantidad mí­nima debido a la incertidumbre, o fluctuaciones cuánti­cas, del valor del campo.

Uno puede imaginarse estas fluctuaciones como pares de partículas de luz o de gra­vedad que aparecen juntas en un instante determinado, se separan, y luego se vuelven a juntar y se aniquilan mutuamente estas partículas son partículas virtuales, como las partículas que transmiten la fuerza gravitatoria del sol : Al contrario que las partículas reales no pueden ser observadas directamente con un detector es, por lo tanto, posible, para la partícula vir­tual con energía negativa, si está presente un agujero negro, caer en el agujero negro y convertirse en una partícula o antipartícula real. En este caso, ya no tiene que aniquilarse con su pareja. Su desamparado compa­ñero puede caer así mismo en el agujero negro. O, al te­ner energía positiva, también puede escaparse de las cercanías del agujero negro como una partícula o anti­partícula real. Para un observador lejano, parecerá haber sido emitida desde el agujero negro. Cuanto más pequeño sea el agujero negro, menor será la distancia que la partícula con energía negativa tendrá que recorrer antes de convertirse en una partícula real y, por consiguiente, mayores serán la velocidad de emisión y la temperatura aparente del agujero negro.

La energía positiva de la radiación emitida sería compensada por un flujo hacia el agujero negro de par­tículas con energía negativa. Por la ecuación de Einstein: E = mc2 (en donde E es la energía, m, la masa y c, la ve­locidad de la luz), sabemos que la energía es proporcio­nal a la masa. Un flujo de energía negativa hacia el agujero negro reduce, por lo tanto, su masa. Conforme el agujero negro pierde masa, el área de su horizonte de sucesos disminuye, pero la consiguiente disminución de entropía del agujero negro es compensada de sobra por la entropía de la radiación emitida, y, así, la segunda ley nunca es violada.  Además, cuanto más pequeña sea la masa del agujero negro, tanto mayor será su temperatura.

Así, cuando el agujero negro pierde masa, su temperatura y su veloci­dad de emisión aumentan y, por lo tanto, pierde masa con más rapidez. Lo que sucede cuando la masa del agujero negro se hace, con el tiempo, extremadamente pequeña no está claro, pero la suposición más razonable es que desaparecería completamente en una tremenda explosión.

RELATIVIDAD GENERAL.

Hasta el momento, hemos podido ver a grosso modo qué es un agujero negro, hemos revisado un poco de la historia de cómo fue que se encontró un término apropiado a este fenómeno, hemos visto como se forman, hemos visto inclusive con un caso práctico como es que son detectados, y hemos entrado a la polémica de cómo es que pueden ser medidos. Pues bien, a partir de aquí las cosas van a tratar de ser un poco más profundas, dado que no podemos decir que conocemos de agujeros negros si es que no hemos entendido a cabalidad su relación con la teoría de la relatividad general. Hemos visto que un agujero negro es un fenómeno cuya característica más saltante es la gravedad casi infinita que posee, sabemos que es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar, pero la idea se rompe si es que queremos entenderlo con la física básica que nos brindaron en el colegio. La teoría general de la relatividad describe a la gravedad como una manifestación de la curvatura del espacio – tiempo.

Cuanto más masivo sea un objeto mayor será su influencia sobre el espacio y el tiempo, si hablamos de casos límites un objeto masivo distorsionará al espacio – tiempo de tal manera que las reglas geométricas que conocemos dejarían de aplicarse.

El entendimiento de qué pueda ocurrir en un agujero negro (hablamos claro de lo que pasaría al pasar el horizonte de sucesos) es pura especulación puesto que al no cumplirse ninguna ley física no podemos ni siquiera predecir que ambiente existirá. Es como querer saber cómo era todo antes del Big Bang, es decir, ¡sólo Dios lo sabe!. Supuestamente la teoría de la relatividad especial puede predecir que ocurre hasta llegar a ese horizonte de sucesos, sencillamente todo movimiento deja de existir (incluido el paso del tiempo) pero la veracidad de dicha teoría se ha puesto en los últimos meses (mayo del 2000) en tela de juicio pues un grupo de científicos realizaron un experimento en un túnel cuántico en donde demostraron que los fotones pueden viajar más rápido que la luz.

Esto revoluciona todo lo hasta ahora conocido; significa que nuestro entendimiento sobre el comportamiento físico cerca al horizonte de sucesos puede no ser como lo predice la teoría de Einstein.

La teoría de la relatividad habla acerca de que la gravedad afecta al tiempo pues afecta a la velocidad de la luz; bueno, mucho de lo que se ha hablado parte de esa premisa, no se trata de algo tan sencillo de aceptar considerando que en la actualidad existen dos teorías dominantes en la física: la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, cada una irreconciliable en algunos puntos con la otra. Sin embargo se piensa que muchos de los fenómenos descubiertos y estudiados en los últimos tiempos como las singularidades parten inevitablemente de la relatividad general.

Capítulo  V: LOS AGUJEROS DE GUSANO

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LOS AGUJEROS DE GUSANO.

También conocido como el puente de Einstein-Rosen, es un aspecto topológico hipotético del espacio tiempo que es esencialmente un atajo desde un punto del universo a otro punto en el universo, permitiendo el viaje entre ambos de una forma más rápida.

Los agujeros de gusano se presentan como soluciones para las ecuaciones de Einstein en la teoría general de la relatividad cuando se aplican a los agujeros negros. De hecho, surgen tan seguida y fácilmente en este contexto que algunos teóricos se sienten inclinados a creer que eventualmente puedan encontrarse o fabricarse contrapartes y, quizá, ser utilizados para viajes más rápidos que la velocidad de la luz.

La teoría de los agujeros de gusano se remonta a 1916, poco después de que Einstein publicase su teoría general, cuando Ludwig Flamm, un físico Vienés desconocido, se fijó en la más simple y teórica forma posible de un agujero negro – el agujero negro Schwarzschild – y descubrió que las ecuaciones de Einstein permitían una segunda solución, ahora conocida como agujero blanco, que se encuentra conectado a la entrada del agujero negro por un conducto de espacio tiempo.  La "entrada" del agujero negro y la "salida" del agujero blanco podrían estar en diferentes partes del mismo universo o en diferentes universos. En 1935, Einstein y Nathan Rosen estudiaron más a fondo la teoría de las conexiones intra- o inter-universo en una presentación  cuyo propósito era el de explicar las partículas fundamentales, tales como electrones, en términos de túneles de espacio-tiempo unidos por líneas de fuerza eléctricas.

Esto dio paso al nombre formal de puente Einstein-Rosen a lo cual más tarde el físico John Wheeler se referiría como "agujero de gusano" (el también acuño los términos "agujero negro" y "espuma cuántica"). La presentación de Wheeler en 1955, trata sobre los agujeros de gusano en términos de entidades topológicas denominadas "geones" e incidentalmente provee el primer diagrama (ahora muy familiar) de un agujero de gusano como un túnel que conecta dos aberturas en diferentes regiones del espacio tiempo.

El interés en los agujeros de gusano navegables tomó auge a continuación de la publicación de un escrito en 1987 de Michael Morris, Kip Thorne, y Uri Yertsever (MTY) del Instituto de Tecnología en California.

 Este artículo surgió por una solicitud a Thorne hecha por Carl Sagan quien estaba dándole vueltas a la cabeza a la manera de llevar a la heroína de su novela "Contact" a través de distancias interestelares a velocidades mayores que las de la luz. Thorne le pasó el problema a sus estudiantes profesores Michael Morris y Uri Yertsever, quienes averiguaron de que tal viaje podría ser posible si un agujero negro pudiese ser mantenido abierto el suficiente tiempo para que una nave espacial (o cualquier otro objeto) pasase a través de el. "MTY" concluyeron que para mantener un agujero de gusano requeriría de materia con una densidad de energía negativa y una presión negativa mayor – mayor en magnitud que la densidad de la energía.

Tal materia hipotética es denominada materia exótica. Aunque la existencia de la materia exótica es especulativa, se conoce una manera de producir energía de densidad negativa: El efecto Casimir. Como fuente de su agujero de gusano, "MTY" se volvieron hacia el vacío cuántico. "El espacio vacío" en su más mínima escala. Resulta ser que no está vacío sino que hierve con violentas fluctuaciones en la mismísima geometría del espacio-tiempo. A este nivel de la naturaleza, se cree que ultra pequeños agujeros de gusano están continuamente apareciendo y desapareciendo. MTY sugirieron que una civilización lo suficientemente avanzada podría expandir uno de esos pequeños agujeros hasta un tamaño macroscópico añadiéndole energía. Entonces el agujero podría ser estabilizado utilizando el efecto Casimir colocándole dos esferas súper conductoras cargadas en las bocas del agujero. Finalmente, las bocas podrían ser transportadas a regiones bastamente separadas en el espacio para proporcionar una forma de comunicación y de viaje más rápido que la luz.

Por ejemplo, una boca colocada a bordo de una nave espacial podría ser llevada a una región a muchos años luz de distancia. Debido a que este viaje inicial sería a través del espacio tiempo normal, tendría que efectuarse a velocidades inferiores a la de la luz. Pero durante el viaje y después, el transporte y la comunicación instantáneas a través del agujero de gusano serían posibles. La nave podría ser avituallada de combustible y provisiones a través de la boca que llevaría. También, gracias a la relativista dilación-tiempo, el viaje no tendría porque por que ser de larga duración, aún medido desde observadores con base en la Tierra. Por ejemplo, si una nave rápida, llevando una boca de gusano fuese a viajar a Vega, a 25 años luz de distancia, a 99.995% de la velocidad de la luz (dado un factor de dilación-tiempo de 100), los relojes a bordo medirían el viaje como si sólo tomase tres meses. Pero el agujero de gusano alargándose desde la nave a la Tierra uniría directamente el espacio y el tiempo entre las dos bocas, una la de la nave y la otra dejada atrás en (o cerca) de la Tierra.

 Por lo tanto, medido también por los relojes terrestres, el viaje habría tomado sólo tres meses, tres meses para establecer un más o menos transporte instantáneo y enlaces de comunicación entre la Tierra y Vega.

Por supuesto que, el planteamiento del equipo MTY no está exento de sus dificultades, una de las cuales es que la potencia de las increíblemente necesarias fuerzas para mantener las bocas del agujero de gusano abiertas podrían destrozar a cualquiera o cualquier cosa que tratase de pasar a través de ellas. En un esfuerzo por diseñar un ambiente más benigno para los viajeros que utilizan estos agujeros, Matt Visser de la Universidad de Washington en St. Louis concibió un arreglo bajo el cual la región de espacio tiempo de una de las bocas de estos agujeros es plano (y por lo mismo libre de fuerzas) pero enmarcado por "puntales" de materia exótica que contiene una región de curvatura muy aguda.

 Visser visualiza un diseño cúbico, con conexiones de bocas de agujero espacio-plano en las esquinas cuadradas y cadenas cósmicas en las orillas. Cada cara del cubo puede conectarse para hacer cara con otro cubo de agujero de gusano, o bien las seis caras del cubo pueden conectar con seis diferentes caras de cubo en seis localizaciones separadas.

Visto todo esto, nuestra tecnología aún no está lista para llevar a cabo la tarea de construir un entramado de agujeros de gusano; la pregunta que surge es si realmente puede existir ya en estos momentos. Una posibilidad es que razas avanzadas en alguna otra parte de la Galaxia o más allá hayan establecido ya un emparrillado de agujeros de gusano que podríamos aprender a utilizar. Otra es que puedan ocurrir en forma natural. David Hochberg y Thomas Kephart de la Universidad Vandebilt han descubierto que, en los primeros instantes del Universo, la propia gravedad puede haber dado lugar a regiones de energía negativa en las cuales pueden haberse formado agujeros de gusano auto estabilizados. Dichos agujeros, creados durante el Big Bang, pueden estar por ahí hoy en día, distanciándose en pequeñas o grandes distancias en el espacio.

LOS AGUJEROS DEL GUSANO.

Los llamados agujeros de gusano, una especie de pasadizo entre dos puntos distantes o no del espacio-tiempo, fueron descubiertos matemáticamente en 1916 por Ludwing Flamm, unos pocos meses después de que Einstein formulara su ecuación de campo (relatividad general), como una solución a dicha ecuación de campo. Posteriormente, en los años cincuenta fueron investigados intensamente mediante gran variedad de cálculos matemáticos por John Wheeler y su equipo. Durante muchos años, los cálculos parecían indicar que se creaban en algún instante de tiempo y rápidamente se estrangulaban y se cerraban. Pero en 1985, cuando Kip S. Thorne trataba de resolver un grave problema que tenía Carl Sagan con la heroína de su última novela, realizó una serie de cálculos que le llevaron a encontrar la solución a la inestabilidad de un presunto agujero de gusano.

La solución que encontró Thorne pasaba por un tipo de energía llamada exótica o energía negativa. A diferencia de la materia o energía normal o positiva que actúa, en grandes concentraciones como puede ser una estrella masiva, como una lente gravitatoria convergente (hace converger los rayos de luz) la energía exótica o negativa actúa como lente gravitatoria divergente, manteniendo separadas las paredes del agujero de gusano. Hace divergir los rayos de luz que entren así como las fluctuaciones del vacío que de otra forma al ser multiplicados por el agujero impedirían su estabilidad y lo destrozarían.

El material exótico es más común de lo que nos podría parecer, de hecho las fluctuaciones del vacío que lo envuelven todo están formadas por energía positiva y energía negativa que en circunstancias normales producen una suma nula. Sin embargo Robert Wald (colaborador de Wheeler) y Ulvi Yurtsever demostraron en los ochenta que en el espacio-tiempo curvo (cerca de una gran masa), en una gran variedad de circunstancias, la curvatura distorsiona las fluctuaciones del vacío y las hace exóticas (energía negativa).

VIAJE EN EL TIEMPO.

Si mantenemos abierto un agujero de gusano mediante el aporte de energía negativa (suponiendo que tenemos los medios técnicos necesarios que deberá tener una sociedad súper avanzada en el futuro), podemos construir una máquina del tiempo. Una de las bocas del agujero podría permanecer en la Tierra y la otra boca la suponemos dentro de una nave interestelar. Si esta nave viaja a una velocidad cercana a la luz durante 24 horas (tiempo de la nave, que pasa más lentamente por efecto relativista), el tiempo en la Tierra correspondiente podría ser de 15 años, por ejemplo. Cuando la nave regresa después de 24 horas de su tiempo, por la boca del agujero que ha permanecido en la nave podríamos volver al pasado, 15 años atrás. El agujero conectaría dos espacio-tiempo separados 15 años, su limitación de viaje al pasado la fijaría el instante en que se formó el agujero, antes no nos podríamos remontar porque no estaba abierto.

Según la teoría de la relatividad general, si se pueden mantener abiertos los agujeros de gusano mediante material exótico, el viaje en el tiempo viene condicionado por el mismo momento de la creación del agujero. No se puede viajar a un tiempo anterior a la propia creación del agujero de gusano.

¿LOS AGUJEROS NEGROS PODRIAN SER PORTALES A OTROS UNIVERSOS?

Los agujeros de gusano podrían proporcionar portales a otros mundos. Los objetos que los científicos creen que son agujeros negros podrían ser agujeros de gusano que llevan a otros Universos, según un nuevo estudio. Si es así, ayudaría a resolver un acertijo cuántico conocido como la paradoja de la información del agujero negro, pero los críticos dicen que también haría surgir nuevos problemas, tales como en primero lugar cómo se formarían los agujeros de gusano.

Un agujero negro es un objeto con tal potencia de campo gravitatorio que nada, ni siquiera la luz, puede escapar si supera un límite conocido como horizonte de eventos. La Teoría de la Relatividad General de Einstein dice que los agujeros negros deberían formarse siempre que la materia se comprima en un espacio lo bastante pequeño.

Aunque los agujeros negros no se ven directamente, los astrónomos han identificado muchos objetos que parecen ser agujeros negros en observaciones de cómo la materia se arremolina en torno a ellos.

Pero los físicos Thibault Damour del Instituto de Altos Estudios Científicos en Bures-sur-Yvette, Francia, y Sergey Solodukhin de la Universidad Internacional de Bremen en Alemania dicen ahora que estos objetos podrían ser estructuras llamadas agujeros de gusano.

Los agujeros de gusano son curvaturas en el tejido del espacio-tiempo que conectan un lugar con otro. Si te imaginas el Universo como un papel bidimensional, puedes describir un agujero de gusano como una "garganta" que conecta nuestra hoja con otra. En este escenario, la otra hoja podría ser un Universo propio, con sus propias estrellas, galaxias y planetas.

Damour y Solodukhin estudiaron a qué se podría parecerse tal agujero de gusano, y se sorprendieron al descubrir que imitaría un agujero negro tan bien que sería virtualmente imposible diferenciarlos.

RADIACIÓN HAWKING.

La materia se arremolinaría en torno a un agujero de gusano de la misma forma que lo hace en un agujero negro, dado que ambos distorsionan el espacio alrededor de ellos de la misma forma.

Se podría esperar distinguir ambos por la llamada radiación de Hawking, una emisión de partículas y luz que sólo provendría de los agujeros negros y tendría un espectro de energía característico. Pero esta radiación es tan débil que sería completamente oscurecido por otras fuentes, tales como el brillo de fondo de microondas dejado por el Big Bang, haciéndolo inobservable en la práctica.

Otra diferencia que se podría esperar explotar es que al contrario que los agujeros negros, los agujeros de gusano no tienen horizonte de eventos. Esto significa que las cosas podrían entrar en un agujero de gusano y salir de él de nuevo. De hecho, los teóricos dicen que una variedad de agujero negro de curva sobre él mismo, por lo que no llevaría a otro Universo, sino de vuelta a su propia entrada.

INMERSIÓN ARRIESGADA.

Pero esto aún no proporciona una prueba infalible. Dependiendo de la forma concreta del agujero de gusano, podría llevar miles de millones de años o más que las cosas salgan del mismo tras caer en él. Con la forma adecuada, incluso el agujero de gusano más antiguo del Universo apenas necesitaría tiempo para expulsar cualquier cosa devuelta.

Parece ser que la única forma de zanjar con seguridad el tema de los agujeros negros astronómicos es hacer una inmersión arriesgada dentro de ellos. Esto sería una apuesta arriesgada, dado que si es un agujero negro, el increíblemente fuerte campo gravitatorio dentro del mismo destrozaría cada átomo de tu cuerpo. Incluso si resulta ser un agujero de gusano, las fuerzas de su interior podrían ser letales.

Suponiendo que pudieses sobrevivir, y que el agujero de gusano no fuese simétrico, podrías encontrarte al otro lado con otro Universo. Sin mayor intervención, el agujero de gusano tendería a absorberte y a traerte de vuelta a la apertura en tu Universo.

MOVIMIENTO DE YO-YO.

"La nave podría hacer este movimiento de yo-yo", cuenta Damour a New Scientist. "[Pero] si usas combustible, entonces puedes escapar del poder de atracción del agujero de gusano y explorar" el espacio en el otro lado, dice.

Pero un amigo en cada Universo podría tener que esperar miles de millones de años para escuchar algo de vuelta, dado que el tiempo de transmisión podría ser insoportablemente largo.

Tal retardo haría que la comunicación con alguien en el otro lado fuese imposible. Pero el retardo se haría menor en los agujeros de gusano. Si pudiese construirse o encontrarse un agujero de gusano microscópico, el retardo en él podría ser tan corto como unos cuantos segundos, dice Solodukhin, podría hacerse potencialmente posible una comunicación bidireccional.

Stephen Hsu de la Universidad de Oregón en Eugene, Estados Unidos, quien ha estudiado la formación de los agujeros negros y las propiedades de los agujeros de gusano, dice que está de acuerdo en que distinguir entre los dos tipos de objeto sólo con observaciones es prácticamente imposible, al menos con la tecnología actual.

MATERIA EXOTICA.

"La propiedad más importante de un agujero negro – que es un "punto de no retorno" para un objeto que cae en él – no es algo que podamos probar en este momento", comenta a New Scientist.

Aún así, dice que los objetos que se sospecha que son agujeros negros probablemente son en realidad agujeros negros y no agujeros de gusano. Existen escenarios plausibles para la formación de agujeros negros, comenta, tal como el colapso de una estrella masiva, pero no está claro cómo se formaría un agujero de gusano.

"Los agujeros de gusano podrían ser confundidos con un agujero negro microscópico que requiere algún tipo de materia exótica para estabilizarlos, y no se sabe si existe esa materia exótica", dice.

Solodukhin dice que un agujero de gusano podría formarse de una manera muy similar a como se forman los agujeros negros, a partir del colapso de una estrella. Los físicos normalmente esperan en estas situaciones que se produzca un agujero negro, pero Solodukhin dice que los efectos cuánticos pueden frenar el colapso casi produciendo un agujero negro pero creando un agujero de gusano en lugar de éste.

AGUJEROS NEGROS MICROSCÓPICOS.

Dice que este mecanismo podría ser inevitable en una descripción de la física más completa que unifique la gravedad y la mecánica cuántica un objetivo desde hace años de la física. Si esto es cierto, entonces allí donde solíamos esperar que se formasen agujeros negros, podrían formarse en su lugar agujeros de gusano.

Y podría haber una forma de probar esta conjetura. Algunos físicos dicen que los futuros experimentos en el acelerador de partículas podrían producir agujeros negros microscópicos .Tales agujeros negros emitirían cantidades medibles de radiación de Hawking, probando que son agujeros negros en lugar de agujeros de gusano. Pero si Solodukhin tiene razón, y se forman en su lugar agujeros de gusano, no se esperaría tal radiación. "En tal caso, en realidad se vería si es un agujero negro o de gusano".

Un beneficio añadido de los agujeros de gusano es que podrían resolver la llamada paradoja de la información de los agujeros negros. La única forma de que algo pueda salir de un agujero negro es en forma de radiación de Hawking, pero no está claro cómo la radiación porta información sobre el objeto original que absorbió. Este caótico efecto entra en conflicto con la mecánica cuántica, la cual prohíbe tal eliminación de información.

"Teóricamente, los agujeros de gusano son mucho mejores que los agujeros negros dado que todos estos problemas de pérdida de información no existen en este caso", dice Solodukhin. Dado que los agujeros negros no tienen horizonte de eventos, las cosas son libres de dejarlo sin ser previamente convertidas en radiación de Hawking, por lo que no hay problema con la pérdida de información.

Conclusiones

La existencia de los agujeros negros depende de la teoría de Einstein, aunque las evidencias son muy sólidas; si esa teoría se mostrara incorrecta, debería reescribirse la cosmología entera.

No todas las estrellas se pueden convertir en agujeros negros, Subrahmanyan Chandrasekhar, (indicó el tamaño máximo que una estrella puede alcanzar antes de llegar a consumir todo su combustible natural), calculó matemáticamente que la masa crítica de una estrella sería igual a 1,5 veces la masa del sol a ésta masa se le denomina el límite de Chandrasekhar.

Los agujeros negros se forman a partir de estrellas moribundas las cuales luego de un proceso natural empiezan a acumular una enorme concentración de masa en un radio mínimo de manera que la velocidad de escape de esta estrella es mayor que la velocidad de la luz.

Después de largas décadas científicos pensaban que los agujeros negros no podían emitir nada que solo absorbían y que nada escapaba de su horizontes de sucesos ahora después de estas ultimas investigaciones se sabe que estos agujeros emiten radiación como todo cuerpo caliente y que su radiación desprenden rayos gammas y X que pueden ser detectados por dispositivos colocados fuera de la atmósfera.

Si mantenemos abierto un agujero de gusano mediante el aporte de energía negativa (suponiendo que tenemos los medios técnicos necesarios que deberá tener una sociedad súper avanzada en el futuro), podemos construir una máquina del tiempo.

BIBLIOGRAFÍA

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www.astronomia.com .

Autor:

Roberto