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“Agujeros Negros y Agujeros de Gusano: Misterios del Espacio-Tiempo” se tituló el seminario organizado por la carrera de Pedagogía en Física, que contó con el doctor en Física, Cosmología y Gravitación de la Universidad de La Frontera, Francisco Tello Ortiz.
En el marco del proyecto FONDECYT de Postdoctorado 2023, N°3230801 que dirige el investigador y profesor asociado del Departamento de Matemática, Física y Computación, Dr. Manuel González Espinoza, el expositor explicó qué son los agujeros negros y de gusanos, cómo se forman, sus propiedades y las implicancias científicas de su estudio.
En la oportunidad, se revisaron distintas definiciones de agujeros negros, quedándose el Dr. Tello con la que los describe como un objeto muy compacto que genera una región de no escape a través de su horizonte de eventos, el cual separa el borde basal del pasado y futuro nulo infinito. Y, respecto de las diferencias existentes con los agujeros de gusano, explicó que los agujeros negros “tienen un horizonte de eventos, el cual genera esta región de escape y retorno a nuestro mundo, además de presentar una singularidad en el espacio-tiempo. En tanto, el agujero de gusano no tiene ni horizonte de eventos ni singularidad, lo que hace posible que este funcione como un ”puente” conectando, por ejemplo, dos universos distintos o puntos lejanos de un mismo universo”.
El académico buscó compartir con los estudiantes, desde el punto de vista técnico, las principales diferencias entre dos objetos predichos teóricamente y uno de ellos (agujeros negros) con fuerte evidencia experimental.
El encuentro se orientó a reflexionar desde un punto de vista físico matemático, cómo sabe un investigador diferenciar entre un agujero negro y de gusano. “Igualmente, la reflexión más aguda que deseaba compartir con los estudiantes, fue sobre la importancia del trabajo teórico y experimental en la física. Esto porque la teoría de la Relatividad General (considerada como uno de los logros más importante y bellos de la física del siglo XX), fue construida por Einstein sin nunca haber realizado una observación o experimento (esto vino después). Entonces, la parte teórica muestra ser tan fundamental como la parte experimental. Obviamente, hay fenómenos que primero fueron observados y luego descritos. Entonces, la mayor conclusión es que la física es un ”bípedo”, ambas partes teórica y experimental son relevantes a la hora de hacer ciencias”, sentenció.
Comprensión del Universo
Sobre la implicancia de los agujeros negros en la comprensión de nuestro Universo, el académico sostuvo que, a través de ellos, se obtiene información sobre el comportamiento extremo del espacio-tiempo, comprensión en la generación de procesos altamente energéticos a nivel astrofísico y detección de ondas gravitacionales.
En el primer caso, aún siendo completamente teórico por el momento -afirmó-, se sabe que los agujeros negros poseen una singularidad central, donde la densidad es infinita y las leyes de la física conocidas no se aplican. “Esto señala la necesidad de una teoría cuántica de la gravedad, lo que implica que los agujeros negros podrían ser clave para unificar la Relatividad General con la mecánica cuántica. Lo anterior, claramente daría un escenario más rico en la comprensión de nuestro Universo (comportamiento y composición), desde escalas macroscópicas y escalas microscópicas”, expresó.
En el segundo caso, la enorme cantidad de energía liberada cuando la materia cae en ellos es responsable de algunos de los fenómenos más energéticos del Universo, como los cuásares y los estallidos de rayos gamma. “El estudio de estos objetos (cuásares y rayos gamma) proporciona pistas sobre la formación y evolución de galaxias, ya que se cree que los agujeros negros supermasivos en el centro de muchas galaxias juegan un papel crucial en su dinámica. Finalmente, la detección de ondas gravitacionales resultado de la colisión de agujeros negros, ha abierto una nueva ventana para observar el Universo. Este logro ha permitido a los científicos estudiar el Universo de una manera completamente nueva, detectando eventos que no emiten luz o radiación electromagnética”, agregó.
Preguntas abiertas
Respecto de los agujeros negros, el expositor indicó que aún quedan muchas preguntas por aclarar, tanto desde el punto de vista teórico como observacional.
“Claramente, está que ciertas propiedades intrínsecas que aparecen naturalmente en el estudio de agujeros negros, como lo son las singularidades y horizontes de Cauchy, no se pueden observar directamente. Entonces, dado que teóricamente se sabe que estas propiedades son bastantes problemáticas, una pregunta que surge es ¿cómo o mediante qué mecanismo el Universo puede evitar la formación de estas estructuras?”, se pregunta el Dr. Tello, agregando que aunque lo primero sería idear un mecanismo observacional que dé cuenta de cómo estas propiedades se comportan realmente y corroborar con la teoría que se tiene a mano.
“Por otro lado, aunque Stephen Hawking predijo la radiación y evaporación de agujeros negros, aún no es del todo claro cómo se genera el proceso realmente y cuáles son sus consecuencias”.
Otro problema abierto -manifestó- concierne a la formación y crecimiento de agujeros negros supermasivos que habitan los centros de las galaxias. “Aún no entendemos del todo si este objeto es la evolución de uno más pequeño en el tiempo o se formó durante los colapsos gravitacionales en el Universo temprano”.
Otro aspecto no resuelto es la referida a los agujeros negros primordiales y su relación con la energía oscura. “En esta arista se conjetura que su formación se produjo en el Universo temprano y, hoy en día, son una manifestación de la denominada energía oscura, que domina la dinámica evolutiva del Universo. En todos los casos, tenemos todavía suficiente maquinaria teórica, aunque faltan piezas por construir. Sin embargo, estamos ”al debe” con la parte observacional”.
Mientras que, sobre los agujeros de gusano, el Dr. Tello dijo que no hay mucho que decir, porque son estructuras completamente teóricas y su detección, por el momento, está lejos de concretarse. “No obstante, como posible problema abierto teóricamente hablando, se puede mencionar la necesidad de construir un agujero de gusano sustentado por materia normal y no exótica. Aunque se ha logrado en algunas teorías alternativas a la Relatividad General, los procesos son más bien ad hoc y no del todo claros”.
