¿Y si los agujeros negros, de algún modo, pudiesen convertirse en lo que interpretamos como agujeros blancos? Es una idea intrigante que explora un estudio presentado recientemente. Algo que invita a ver el universo desde una perspectiva diferente, aunque solo sea a nivel teórico…
Los agujeros negros podrían parecer blancos… ¿en algunos casos?
Los agujeros negros son, en todos los sentidos, prácticamente inmortales. O, al menos, eso es lo que nos cuenta la relatividad general de Einstein. La historia quizá la conozcamos bien a estas alturas: una vez que el material cruza el horizonte de sucesos de un agujero negro, ya no puede escapar. Eso es así hasta el final de los tiempos, de una manera muy literal. Aunque sabemos que, en términos prácticos, no es del todo cierto. La relatividad general es un modelo clásico, que no tiene en cuenta las particularidades de la mecánica cuántica.
Esto es lo que hace que haya otras posibilidades que podamos considerar. Hay que recordar que no existe una teoría completa y coherente de la gravedad cuántica. Es decir, algo que permita explicar cómo funciona en la escala de lo más pequeño. Esto no ha impedido que sí se tenga un cierto nivel de comprensión sobre cómo podrían funcionar esos agujeros negros cuánticos. Para ello, es necesario hablar de uno de los aspectos más intrigantes: en los agujeros negros cuánticos, se puede plantear un fenómeno que permite que la materia y la energía puedan escapar de ellos.
Es algo que conocemos, de hecho, como la radiación de Hawking. A grandes rasgos, lo que plantea este mecanismo (del célebre Stephen Hawking) es que las partículas cuánticas pueden atravesar, en ocasiones, el horizonte de sucesos por medio de un efecto túnel. Esto significa que los agujeros negros cuánticos pueden perder masa a un ritmo muy lento. Cuanto más pequeña es la masa de un agujero negro, mayor será la cantidad de radiación de Hawking que observemos. Esto también quiere decir que, a medida que un agujero negro envejece, pierde masa.
La radiación de Hawking
La consecuencia es inevitable: cuanta más masa pierda, más radiación de Hawking emitirá. El proceso continúa hasta que se produce la evaporación completa. En su artículo original, en 1974, el propio Hawking calculó que el tiempo de vida de un agujero negro era de unos 2 × 10^67 M^3 años (siendo M^3 la masa del agujero negro elevada al cubo). La masa del agujero negro se calculaba en masas solares. Dado que la edad del universo es de unos 10^10 años, un agujero negro típico es, en la práctica, inmortal. El resultado de Hawking no es perfecto, porque el astrofísico supuso algo que no tiene por qué ser cierto.
Hawking asumió que era un efecto tan pequeño como para no afectar al espacio-tiempo clásico. Así que el resultado que se obtiene es semiclásico. Por lo que esta suposición deja de funcionar cuando la masa de un agujero negro es mucho menor que la del Sol. Para los agujeros negros normales no es un factor importante, pero sí para los agujeros negros primordiales. Estos últimos son agujeros negros hipotéticos que, se ha propuesto en muchas ocasiones, podrían ser una posible solución para la materia oscura, y su vida afectaría a la evolución del universo.
Esto nos lleva a un estudio publicado recientemente, donde se calcula el tiempo de vida mínimo de un agujero negro de una manera más robusta. El trabajo parte de la suposición de que el espacio-tiempo es asintóticamente semiclásico. Dicho de otra manera, por muy raro que pueda ser todo desde el punto de vista cuántico, cerca del horizonte de sucesos, si nos alejamos lo suficiente, la suposición de Hawking es perfectamente válida. Lo importante es que, esto, al final, se traduce en resultados bastante intrigantes.
Los agujeros negros más pequeños podrían llegar a ser blancos
Los agujeros negros con una masa muy inferior a la del Sol pueden evaporarse en una escala de tiempo inferior a la edad actual del universo. Sin embargo, en cuanto aumentamos un poco la masa, esa esperanza de vida crece de forma exponencial. Por otro lado, también han observado que la evaporación de los agujeros negros tiene tres fases principales. La primera es la de la radiación de Hawking, la segunda es una fase de transición y la tercera es la fase de entrelazamiento. Para esta última, es necesario disponer de una teoría de la gravedad cuántica, por lo que no es posible calcular cuál es el tiempo de vida máximo de estos agujeros negros.
Lo interesante es que, teniendo en cuenta todo esto, es posible que los agujeros negros pequeños puedan comportarse como agujeros blancos. Es algo que depende de cómo funcione la gravedad cuántica, pero que permitiría que los agujeros negros puedan entrar en un período metaestable en el que el factor de desplazamiento al rojo de su radiación se vuelve negativo. Dicho de otra manera, parecería que el agujero negro empuja el material hacia fuera en lugar de atraerlo hacia dentro. Esto permitiría explicar cómo puede funcionar un agujero blanco.
Si los agujeros negros primordiales llegaron a existir, habrían tenido una fase de radiación de Hawking de unos mil millones de años. Después, podrían haber entrado en una fase metaestable en la que se parecen a agujeros blancos. Pero para comprobar este extremo, el primer paso es conseguir una teoría cuántica de la gravedad. El segundo, e igual de importante, es demostrar que los agujeros negros primordiales existen. Algo que todavía no se ha conseguido demostrar… y tampoco descartar. ¿Y si realmente llegase a existir este tipo de agujero negro hipotético?
Estudio
El estudio es E. Bianchi, M. Brandsema, K. Czuprynski y D. Paraizo; «Minimum lifetime of a black hole». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
