TL, DR:
Agujeros Negros vs. Agujeros Blancos
Se considera que un agujero negro es una puerta unidireccional al olvido. Según la relatividad general, una vez que algo cruza su límite, el horizonte de eventos, no puede regresar al exterior. Para esa partícula, el agujero negro es todo el futuro.
En realidad, nunca tendremos la oportunidad de ver a la partícula vivir ese destino. Cualquier luz que emita la partícula (que sería la única forma para que observemos su caída mortal) se extenderá a longitudes de onda cada vez más largas con la correspondiente menor energía, hasta que se desvanezca más allá de la detectabilidad. Pero la historia es aún más extraña. Si observamos que la partícula cae, nunca podríamos vivir lo suficiente como para verla llegar al horizonte de eventos. La extrema gravedad del agujero negro hace que el tiempo parezca, para un observador externo, ir más lentamente allí; de hecho, nos parece que la partícula tarda un tiempo infinito en alcanzar el horizonte de eventos. Eso es cierto a pesar de que desde el marco de referencia de la partícula, cruza el horizonte de eventos de manera notable, sin efectos inusuales en el tiempo y el espacio.
Si un agujero negro es una puerta de un sentido hacia el olvido, es posible que se pregunte si hay alguna manera de pasar por el otro lado de la puerta. La relatividad general, que ha sido nuestra teoría estándar de la gravedad durante casi 100 años, no distingue entre pasado y futuro, el tiempo avanza y el tiempo retrocede. La física newtoniana también es simétrica en el tiempo de la misma manera. Entonces, la idea de los “agujeros blancos” (agujeros negros invertidos en el tiempo) tiene sentido teórico.
Al igual que su opuesto, un agujero blanco tiene un horizonte de eventos, uno que no se puede cruzar desde el exterior. Pero los horizontes de eventos de los agujeros blancos yacen en el pasado: las partículas que se originan allí parecerán “desvanecerse”, al aumentar la energía y la longitud de onda de cualquier luz que emitan. Si una partícula surgiera de alguna manera dentro de ese horizonte de sucesos, sería expulsada al exterior.
De hecho, todo lo relacionado con los agujeros blancos solo parece agujeros negros a la inversa. La relatividad general no tiene absolutamente ningún problema para predecir tal cosa y describirla matemáticamente.
Ver nada vs ver algo
Los agujeros negros son comunes en el cosmos: casi todas las galaxias grandes albergan una supermasiva en su núcleo, sin mencionar especímenes más pequeños. Sin embargo, los astrónomos aún no han identificado un solo agujero blanco. Eso no descarta su existencia por completo, ya que podría ser difícil ver una: si repelen efectivamente las partículas, existe una pequeña posibilidad de que estén al acecho en algún lugar, invisible. Sin embargo, ninguno de los diversos objetos que los astrónomos han observado parece parecerse a lo que esperaríamos de los agujeros blancos.
Un problema aún mayor surge cuando consideramos cómo podrían formarse los agujeros blancos. Los agujeros negros son el resultado final del colapso gravitacional. Cuando una estrella de al menos 20 veces la masa del Sol agota su combustible nuclear utilizable, ya no puede producir suficiente energía para equilibrar la fuerza de gravedad interna. En ese punto, el núcleo se derrumba sobre sí mismo, alcanzando densidades cada vez más altas hasta que su gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Eso da como resultado un agujero negro con una masa comparable a una gran estrella.
Los agujeros negros supermasivos, que son millones o miles de millones de veces más pesados que eso, se forman por algún mecanismo actualmente desconocido. En cualquier caso, todavía son el resultado del colapso gravitacional, ya sea de una gran súper estrella nacida en los primeros días del Universo, una enorme nube de gas en el corazón de una galaxia primitiva, o algún otro fenómeno. Sin embargo, formar un agujero blanco requeriría algo parecido a una explosión de alcantarilla gravitacional, y no está claro cómo podría ocurrir ese tipo de evento. Una posibilidad es que los agujeros blancos podrían estar “pegados” a los agujeros negros. En esta vista, un agujero negro y un agujero blanco son dos lados de la misma cosa, conectados a través de un agujero de gusano, un concepto familiar de muchas historias de ciencia ficción. Desafortunadamente, como con la formación de agujeros blancos desde cero, esto realmente no resuelve el problema: según la teoría, cualquier materia que caiga en el agujero de gusano hará que se colapse, cerrando el paso entre los agujeros negros y blancos. (También es técnicamente posible crear un agujero de gusano estable si existe “materia exótica” con energía negativa, un principio similar propuesto para un “impulso de urdimbre”, pero no existe evidencia de tal material).
Cuestión de tiempo
Entonces, nos queda la conclusión probable de que nuestro Universo contiene una multitud de agujeros negros pero no agujeros blancos. Esto no se debe a una asimetría fundamental en el tiempo (la relatividad general todavía funciona igual de bien en ambos sentidos), sino debido a la naturaleza del colapso gravitacional: solo funciona de una manera.
Esto es paralelo a la situación con todo el cosmos: hubo un Big Bang, una expansión inicial de todo lo que observamos, aparentemente desde un solo punto. Pero la evidencia apunta con bastante fuerza contra la posibilidad de un Big Crunch, un nuevo colapso de todo lo que observamos en un solo punto en algún momento en el futuro distante. Si las tendencias actuales continúan (específicamente si la energía oscura no cambia drásticamente su carácter), el Universo continuará expandiéndose para siempre a un ritmo cada vez más rápido. Parece que no habrá un final simétrico para el Universo, donde todo será absorbido por una pequeña singularidad, tal como comenzó.
El Big Bang en realidad se parece a un agujero blanco en muchos aspectos, y puede ser el más cercano que nuestro Universo jamás haya tenido. Se encuentra en el pasado para cualquier observador en el Universo, y todo lo que vemos se expande hacia afuera. Sin embargo, no tenía un horizonte de eventos (lo que significa que era algo llamado “singularidad desnuda”, que es mucho menos perverso de lo que parece). A pesar de eso, se parece al colapso gravitacional en reversa.
El hecho de que las ecuaciones de la relatividad general permitan agujeros blancos y grandes crujidos, deformaciones y agujeros de gusano, no significa que estas cosas realmente existan en la naturaleza. La asimetría del tiempo en la gravedad no es inherente, pero parece surgir del comportamiento de la materia y la energía: colapso gravitacional al final del tiempo, expansión inicial al comienzo del tiempo. El significado profundo de eso es algo que los físicos todavía están tratando de comprender.
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Fuente: Back Roads, Dark Skies: A Cosmological Journey .
