¿Hay universos en expansión dentro de los agujeros negros?

By 14/10/2020 Portal

Un equipo internacional de investigadores acaba de descubrir que en el interior de un tipo teórico de agujeros negros pueden existir auténticos universos en expansión, aunque en ellos las cosas serían completamente diferentes a lo que estamos acostumbrados.

Sean Hartnoll, del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Stanford y primer firmante de un artículo publicado en ArXiv cree, en efecto, que un agujero negro cargado eléctricamente y rodeado por un cierto tipo de espacio conocido como «anti de Sitter» podría guardar en su interior, más allá del horizonte de sucesos, la grotesca miniatura de un universo en expansión.

Por supuesto, tales agujeros negros no existen en nuestro Universo, y una de las razones, como explica el astrofísico Paul Sutter en LiveScience, es que «este tipo de espacio (el anti De-Sitter) tiene una curvatura geométrica negativa, por lo que tendría una constante cosmológica negativa, lo que significa que cualquier materia tenderá a condensarse en un agujero negro». Algo que sería justo lo contrario a lo que vemos en nuestro Universo, que se expande de forma acelerada y en el que la materia tiende a estar cada vez más separada.

Las ventajas de la «física imposible»
Adentrarse en esta «física imposible», sin embargo, tiene múltiples ventajas. Y es que esos hipotéticos agujeros negros cargados y en un universo «al revés» comparten muchas similitudes con los agujeros negros rotatorios reales que sí existen en nuestro Universo, y resulta que desde el punto de vista matemático son mucho más fáciles de abordar. Por lo tanto, al estudiarlos, es posible obtener importantes conocimientos sobre los agujeros negros reales. Según explica Sutter, a pesar de que estos agujeros negros son puramente teóricos, «los físicos estamos interesados en explorarlos porque al sumergirse en sus fundamentos matemáticos, podemos descubrir nuevas relaciones e implicaciones de nuestras teorías físicas, que pueden tener consecuencias en el mundo real».

Los agujeros negros cargados «normales», es decir, los que están rodeados por un espacio tiempo típico, tienen en su interior una serie de particularidades. Por ejemplo, más allá del horizonte de sucesos (el límite a partir del cual nada de lo que entre puede volver a salir), hay algo llamado «horizonte interno», una región que burbujea con intensas energías cuánticas. Y aún más allá de ese horizonte interno, la teoría nos dice que debería haber un agujero de gusano, un «puente» hacia otras regiones distantes del Universo.

Hasta ahora, nadie ha visto aún un agujero de gusano en la vida real, porque las matemáticas de los agujeros negros cargados se rompen en el horizonte interno, por lo que a partir de ahí ya no es posible aprender nada más, por lo menos, hasta que se desarrolle una física totalmente nueva. Sin embargo, los agujeros negros cargados rodeados por un espacio anti De-Sitter, también llamados «superconductores», evitan este problema y permiten que los científicos puedan bucear (matemáticamente) dentro de ellos a mucha más profundidad.

Eso es precisamente lo que han hecho Sean Hartnoll y sus colegas. Y al cruzar la frontera prohibida del horizonte interior se han encontrado con algo extraño y totalmente inesperado.

Un espacio tiempo oscilante
Normalmente, las partículas de los superconductores que existen en la vida real pueden oscilar, creando ondas que se mueven hacia delante y hacia atrás en un efecto conocido como «Oscilaciones de Josephson». Pero en el horizonte interno de esos agujeros negros teóricos, lo que vibra de un lado a otro no son las partículas, sino el espacio mismo. Pero es aún más allá, tras atravesar esa zona y dejar atrás el horizonte interno, cuando la cosa se vuelve realmente desconcertante.

Los investigadores, de hecho, descubrieron que en el corazón de un agujero negro cargado superconductor pueden existir auténticos universos en expansión en miniatura, lugares caóticos donde el espacio puede estirarse y deformarse a diferentes velocidades y en diferentes direcciones.

Y lo que es más, dependiendo de la temperatura del agujero negro, algunas de esas regiones del espacio pueden desencadenar una nueva tanda de vibraciones, que después crearían un nuevo parche de espacio en expansión, y así sucesivamente a escalas cada vez más pequeñas.

Según explica Sutter en Live Science, «sería un mini universo fractal, repitiéndose al infinito desde grandes a pequeñas escalas. Resulta absolutamente imposible describir cómo sería atravesar un lugar así, pero seguramente sería muy perturbador. En el centro de ese extraño desorden fractal y caótico, está la singularidad, el punto de densidad infinita, el lugar donde reside cada pedacito de materia que alguna vez cayó en el agujero negro».

«Desafortunadamente -prosigue el astrofísico- incluso con sus técnicas matemáticas superconductoras supercargadas, los investigadores no pueden describir lo que sucede en la singularidad. Allí toda la física conocida se rompe, y se requieren nuevas teorías de la gravedad para comprenderla completamente».