Uno de los mayores problemas en el estudio de los agujeros negros es que las leyes de la física tal como las conocemos dejan de aplicarse en sus regiones más profundas. Grandes cantidades de materia y energía se concentran en la singularidad gravitacional, un espacio infinitamente pequeño donde el espacio-tiempo se curva infinitamente y toda la materia se destruye. Pero, ¿lo hace? Un estudio reciente realizado por investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) en Valencia, España, sugiere que la materia podría, de hecho, sobrevivir a su incursión en estos objetos espaciales y salir por el otro lado.
En el estudio, publicado en la revista Classic and Quantum Gravity, los físicos valencianos proponen considerar la singularidad como si se tratara de una imperfección en la estructura geométrica del espacio-tiempo. Al hacerlo, se resolvería el problema de la atracción gravitatoria infinita que deforma el espacio. Si el concepto del espacio-tiempo te resulta un tanto confuso, puedes adquirir una idea más clara de qué es en nuestra historia “¿Qué es el espacio-tiempo?”, que puedes leer aquí.
«Los agujeros negros son un laboratorio teórico para probar nuevas ideas acerca de la gravedad», dice Gonzalo Olmo, investigador becado por Ramón y Cajal en la Universitat de València (UV). Junto a Diego Rubiera, de la Universidad de Lisboa, y Antonio Sánchez, estudiante de doctorado también en la UV, la investigación de Olmo trata del análisis de los agujeros negros utilizando teorías además de la relatividad general. Como apuntamos en nuestra hisrotia «Un vistazo más allá del horizonte de sucesos«, si bien son de lo más misterioso, según la mayoría de los físicos, no escapan a las leyes de la termodinámica.
En concreto, en este estudio se han aplicado estructuras geométricas similares a las de un cristal o capa de grafeno, que normalmente no se utilizan para describir los agujeros negros, ya que estas geometrías son las que mejor se ajustan a lo que ocurre dentro de un agujero negro: «Al igual que los cristales tienen imperfecciones en su estructura microscópica , la región central de un agujero negro se puede interpretar como una anomalía en el espacio-tiempo, que requiere nuevos elementos geométricos con el fin de poder describirlos con mayor precisión. Hemos explorado todas las opciones posibles, inspirándonos en hechos observados en la naturaleza».
Con el uso de estas nuevas geometrías, los investigadores obtuvieron una descripción de los agujeros negros mediante la cual el punto central se convierte en una superficie esférica diminuta. Esta superficie es interpretada como la existencia de un agujero de gusano dentro del agujero negro. «Nuestra teoría resuelve varios problemas de forma natural en la interpretación de los agujeros negros con carga eléctrica», explica Olmo. «En el primer caso resolvemos el problema de la singularidad, ya que hay una puerta en el centro del agujero negro, que es el agujero de gusano, a través del cual espacio y tiempo pueden continuar.»
Este estudio se basa en uno de los tipos más simples de agujero negro conocidos, sin momento angular y eléctricamente cargado. El agujero de gusano predicho por las ecuaciones es más pequeño que un núcleo atómico, pero se hace más grande conforme aumenta la carga almacenada en el agujero negro. De este modo, un viajero hipotético que caiga en un agujero negro de este tipo se estiraría hasta el extremo, o «espaguetizaría«, y sería capaz de entrar en el agujero de gusano. Al salir se compactaría de nuevo para volver a su tamaño normal.
Visto desde el exterior, estas fuerzas de estiramiento y compactación parecerían infinitas, pero el propio viajero, viviéndolo de primera mano, experimentaría fuerzas extremadamente intensas, pero no infinitas. Es poco probable que los personajes de Interestelar sobrevivieran un viaje como este, pero el modelo propuesto por los investigadores del IFIC postula que la materia no se perdería dentro de la singularidad, sino que más bien sería expulsada por el otro lado a través del agujero de gusano en su centro a otra región del universo.
Otro problema que resuelve esta interpretación, de acuerdo con Olmo, es la necesidad de utilizar fuentes de energía exóticas para generar agujeros de gusano. Según la teoría de la gravedad de Einstein, estas «puertas» sólo aparecen en presencia de materia con propiedades inusuales (con una presión o una densidad negativas de energía), algo que nunca se ha observado. «En nuestra teoría, el agujero de gusano aparece de la materia ordinaria y la energía, como puede ser un campo eléctrico» Comenta Olmo.
El interés en los agujeros de gusano para la física teórica va más allá de la generación de túneles o puertas en el espacio-tiempo para conectar dos puntos en el Universo. También podría ayudar a explicar fenómenos tales como el entrelazamiento cuántico o la naturaleza de las partículas elementales. Gracias a esta nueva interpretación, la existencia de estos objetos podría estar más cerca de la ciencia que ficción.
