Ecos de agujeros de gusano que pueden revolucionar la astrofísica

Las colaboraciones científicas LIGO y Virgo han detectado ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos agujeros negros, inaugurando una nueva era en el estudio del cosmos. ¿Pero y si esas ondulaciones del espacio-tiempo no las hubieran producido agujeros negros, sino otros objetos exóticos? Físicos españoles presentan una alternativa: agujeros de gusano, que se pueden atravesar para aparecer en otro universo.

Instante de una simulación en la que se fusionan dos agujeros negros. La colisión de dos agujeros de gusano en rotación desencadenaría una deformación del espacio-tiempo similar pero dejando ‘ecos’ en la señal. / LIGO Lab Caltech (MIT)

Los científicos han deducido la existencia de los agujeros negros a partir de multitud de experimentos, modelos teóricos y observaciones indirectas, como la reciente detección por parte de los observatorios LIGO y Virgo de ondas gravitacionales, que se supone proceden de la colisión de dos de estos oscuros monstruos gravitacionales.

Pero hay un problema con los agujeros negros: presentan un borde, denominado horizonte de sucesos, a partir del que la materia, la radiación o cualquier cosa que entre dentro ya no pueden escapar. Esto entra en conflicto con la mecánica cuántica, cuyos postulados aseguran que la información siempre se preserva, no se pierde.

Una de las formas teóricas de lidiar con este conflicto consiste en explorar la posibilidad de que los presuntos agujeros negros que ‘observamos’ en la naturaleza en realidad no lo sean, sino que se trate de alguna clase de objetos compactos exóticos, como agujeros de gusano, con una particularidad: no tienen un horizonte de sucesos, lo que deja su huella en las ondas gravitacionales que registran LIGO y Virgo.

“La parte final de la señal gravitacional detectada por estos dos detectores –lo que se llama ringdown– se corresponde con la última etapa de colisión de dos agujeros negros, y tiene la propiedad de apagarse completamente tras un breve periodo de tiempo debido a la presencia del horizonte de sucesos”, explica el investigador Pablo Bueno de la Universidad de Lovaina (Bélgica).

“Sin embargo –subraya–, si no hubiera horizonte, esas oscilaciones no se apagarían del todo, sino que al cabo de cierto tiempo producirían unas serie de ‘ecos’, de forma similar a lo que ocurre con el sonido en un pozo. Y curiosamente, si en lugar de agujeros negros tuviéramos un objeto exótico, el ringdown puede ser similar, así que necesitamos determinar la presencia o ausencia de los ecos para distinguir los dos tipos de objetos”.

Agujeros de gusano en rotación

En este contexto, el equipo de la Universidad de Lovaina, en el que también ha participado el español Pablo A. Cano y el profesor Thomas Hertog, ha presentado un modelo que predice cómo se detectarían las ondas gravitacionales originadas por la colisión de dos objetos exóticos concretos: agujeros de gusano en rotación.

Hasta ahora las señales de ondas gravitacionales observadas se apagan completamente tras unos instantes como consecuencia de la presencia del horizonte de sucesos. Pero si este no existiese, esas oscilaciones no desaparecerían del todo, sino que al cabo de un tiempo se producirían los ecos en la señal, que quizá hasta ahora han pasado desapercibidos por falta de modelos o referencias teóricas con las que comparar.

“Los agujeros de gusano no tienen un horizonte de sucesos, sino que actúan como un atajo espaciotemporal que se puede atravesar, una especie de garganta muy larga que nos lleva a otro universo”, apunta Bueno, “y el hecho de que también tengan rotación (algo en lo que coinciden con los denominados ‘agujeros negros de Kerr’) cambia las ondas gravitacionales que producen”.

Según el estudio, que publica la revista Physical Review D, las gráficas obtenidas con el nuevo modelo no difieren mucho de las registradas hasta ahora, salvo en los ecos, que actúan como un claro elemento diferenciador.

“La confirmación de ecos en las señales de LIGO o Virgo sería una prueba prácticamente irrefutable de que los agujeros negros astrofísicos no existen”, subraya Bueno, que adelanta: “El tiempo dirá si estos ecos existen o no. Si el resultado fuera positivo, supondría uno de los grandes descubrimientos de la historia de la física”.

Referencia bibliográfica:

Pablo Bueno, Pablo A. Cano, Frederik Goelen, Thomas Hertog, Bert Vercnocke. “Echoes of Kerr-like wormholes”. Physical Review D 97: 024040, 2018. Doi: 10.1103/PhysRevD.97.024040.

Fuente: SINC