¿Qué son los agujeros blancos?

Un agujero negro es un lugar donde puedes ir pero del que jamás podrás escapar. Un agujero blanco es un lugar que puedes abandonar, pero nunca regresar a él.

Así se refería Sean M. Carroll, cosmólogo y profesor de física estadounidense especializado en energía oscura y relatividad general, a los agujeros blancos, unos hipotéticos cuerpos celestes cuya existencia se desprende de los cálculos de Albert Einstein y que serían el opuesto a los agujeros negros.

El Universo es asombroso y, muchas veces, aterrador. Y los agujeros negros son una prueba de ello. Singularidades de densidad infinita en el espacio-tiempo que generan una atracción gravitatoria tan inmensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su horizonte de sucesos. Estos cuerpos, en cuyo corazón se rompen las predicciones y leyes de la física clásica, son, sin duda, muy extraños.

Pero se convierten en la cosa más sencilla de entender del mundo cuando conocemos que, desde los años 60, los físicos han planteado la existencia de los agujeros blancos. Si todo en el Universo tiene opuestos, ¿por qué no iban a tener un inverso los agujeros negros? ¿Por qué no iban a existir unos cuerpos que lo expulsaran todo pero que no pudieran absorber nada?

Prepárate para que te estalle la cabeza, porque hoy nos adentraremos en los irónicamente oscuros secretos de los agujeros blancos, unos hipotéticos cuerpos celestes concebidos como agujeros negros que avanzan hacia atrás en el tiempo. Desde lugares de salida de un agujero negro hasta el origen del propio Big Bang, las teorías acerca de su existencia son asombrosas.

• Te recomendamos leer: “¿Qué es el Multiverso? Definición y principios de esta teoría”

Agujeros, singularidades y gravedad: ¿el yin y el yang del Universo?

Como hemos dicho, los agujeros blancos serían el inverso de los agujeros negros. Así que sería una misión suicida hablar de su (hipotética) existencia sin antes entender bien, teniendo en cuenta que la física sigue sin comprenderlo del todo, qué ocurre dentro de un agujero negro. Que ya son muy extraños. Pero son muy normales comparados con los blancos.

Un agujero negro es, simplemente, una singularidad en el espacio-tiempo. Una región del espacio en la que el tejido espacio-temporal, debido al colapso gravitatorio de una estrella hipermasiva (como bien sabemos, los agujeros negros se forman tras la muerte de estrellas mucho más masivas que el Sol), se rompe, dando lugar a la formación de esta singularidad que tendría una densidad infinita.

Y una densidad infinita se traduce, evidentemente y teniendo en cuenta que a mayor masa, más gravedad, en una atracción gravitatoria inmensa. Un agujero negro genera una gravedad tan fuerte que absorbe no solo toda la materia, sino que más allá del horizonte de sucesos (el punto de no retorno), sino también la luz.

Y es que en este horizonte, la velocidad necesaria para escapar de un agujero negro es igual a la de la velocidad de la luz. Y nada puede ir más deprisa que la luz, que va a 300.000 km/s. Así que más allá de este horizonte, ya no solo es que nada puede escapar, sino que no sabemos qué sucede. No podemos ver nada. Así que no sabemos nada.

Bueno, perdón, sí que sabemos. De hecho, lo que sucede más allá del horizonte de sucesos podemos saberlo gracias a los cálculos matemáticos y ecuaciones que derivan de la relatividad general de Einstein, como por ejemplo el famoso fenómeno de la espaguetización, que consiste en el estiramiento de los objetos físicos que, presas de un campo gravitatorio no homogéneo donde el espacio-tiempo se curva hasta el extremo, se convierten en, para entenderlo, espaguetis.

El problema viene cuando llegamos a la singularidad. Cuando llegamos al corazón del agujero negro. Ahí, las ecuaciones de Einstein se derrumban y los efectos cuánticos se hacen más fuertes. Así que tendríamos que estudiar la gravedad desde la mecánica cuántica, no de la física relativista. Vale. El problema es que todavía no hemos encontrado una teoría cuántica de la gravedad. Algunas teorías (como la Teoría de Cuerdas) se están acercando, pero por el momento, nada de nada.

Por lo tanto, no podemos saber qué ocurre con la materia una vez esta ha sido absorbida y ha llegado hasta la mismísima singularidad. Todo son teorías. Y una de ellas es que la materia se convierte en energía gravitacional. Es decir, estamos dando combustible a un depósito que ya es infinito (recordemos que la singularidad, que es en realidad el agujero negro como tal, es de densidad infinita). Y en un sitio infinito, siempre hay espacio para más.

Y esto, pese a ser una locura, es bastante aburrido. Por suerte, Martin Kruskal, matemático y físico estadounidense, a mediados de los años 50, descubrió, casi por accidente, que de las ecuaciones de Einstein se desprendía la posibilidad matemática, aunque fuera cogido con pinzas, de que las singularidades provocaran una expansión hacia el exterior.

Pero Kruskal, pensando que simplemente había dado con una anécdota dentro de la teoría de Einstein, ni siquiera llegó a publicar nada. Afortunadamente, John Archibald Wheeler, físico teórico estadounidense, escuchó lo que este matemático había descubierto y, fascinado, publicó, en 1960 y mencionando a Martin Kruskal, un artículo en Physical Review donde se planteaba las consecuencias físicas de estos secretos matemáticos ocultos en la relatividad de Einstein.

La comunidad científica estaba presenciando el nacimiento de la teoría de los agujeros blancos. Y, desde entonces, vamos en búsqueda de ellos. Muchos físicos creen que su existencia es imposible ya que rompen con principios demasiado importantes y consideran que son simplemente una forma de jugar con las ecuaciones de Einstein, pero otros ven en ellos no solo un escenario probable, sino una forma de entender el propio nacimiento de nuestro Universo.

• Te recomendamos leer: “¿Qué es un agujero negro?”

¿Qué es un agujero blanco?

“Agujero blanco” es un concepto hipotético. Y es muy importante dejar claro esto desde ya. No solo es que no hayamos descubierto estos agujeros blancos, sino que su existencia se considera, de acuerdo a muchos físicos, imposible. Estamos ante unos supuestos cuerpos celestes que nacen más de las matemáticas de la relatividad general que de medibles predicciones astrofísicas. Aun así, como veremos, son fascinantes.

Un agujero blanco, también conocido como anti agujero negro, es una singularidad en el espacio-tiempo todavía más extraña que la de un agujero negro. Matemáticamente hablando, los agujeros blancos son el opuesto a los agujeros negros.

Y cuando decimos “opuesto”, nos referimos que son su inverso en absolutamente todos los niveles imaginables. Los agujeros blancos serían agujeros negros que, a diferencia de estos últimos avanzan hacia atrás en el tiempo y expulsan materia y energía.

En otras palabras, el tiempo dentro de un agujero blanco fluiría hacia atrás (a diferencia de lo que sucede no solo en los agujeros negros, sino en todo el espacio-tiempo del Universo) y serían totalmente incapaces de absorber nada. Nada puede atravesar el horizonte de sucesos de un agujero blanco porque, en este caso, para atravesarlo necesitarías ir más deprisa que la luz. En los negros, ir más deprisa que la luz (a más de 300.000 km/s) era el requisito para escapar.

Todo saldría de un agujero blanco pero nada podría entrar. Incluso la luz, claro. De ahí que se llamen agujeros blancos. Para ello, necesitaríamos una materia de masa negativa que en lugar de atraerse se repeliera (su existencia es totalmente hipotética) o una fuerza distinta a la gravedad. Y no parece que haya ninguna otra fuerza más allá de las cuatro fundamentales que conocemos: gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear débil y fuerza nuclear fuerte.

En resumen, un agujero blanco es un hipotético cuerpo celeste que nace de la posibilidad matemática de que la singularidad en el espacio-tiempo fluya hacia atrás en el tiempo y en el que toda la materia saldría expulsada y nada podría entrar en él ya que la energía necesaria para atravesar su “antihorizonte” de sucesos sería infinita. Es, por lo tanto y en resumidas cuentas, el inverso de un agujero negro.

• Te recomendamos leer: “Los 10 tipos de supernova (y sus características)”

Puentes de Einstein-Rosen, Small Bang y muertes de agujeros negros: los oscuros secretos de los agujeros blancos

Ahora que ya hemos entendido (dentro de lo humanamente posible) qué es un agujero negro, es el momento de ir más allá y sumergirnos en sus oscuros secretos. De nada sirve plantear la existencia matemática de unos cuerpos tan extraños si no podemos ligarlos con fenómenos astrofísicos que conocemos o dar visiones acerca de sus consecuencias en el Universo.

Por ello, desde la década de los años 60, muchas alocadas teorías acerca de los agujeros blancos han salido a la luz. Después de una extensa búsqueda, nosotros hemos sido capaces de rescatar tres. Tres visiones acerca de la naturaleza de los agujeros blancos que, prometido, harán estallar tu cabeza. Veamos estas tres teorías sobre los agujeros blancos.

1. Agujeros de gusano: ¿el puente entre un agujero negro y un agujero blanco?

Si has prestado atención (que sé que lo has hecho), segurísimo que te has hecho una pregunta: si los agujeros blancos no pueden absorber nada, ¿de dónde viene la materia y energía que expulsan? Es decir, mientras que el gran misterio de los agujeros negros es a dónde va la materia que engulle, la incógnita de los agujeros blancos es de dónde viene la materia que escupen.

Y aquí viene una teoría para responder a ambas preguntas a la vez. Hay físicos que creen que los agujeros blancos serían el punto de salida de un agujero negro. Sí. Como lo oyes. De acuerdo a la teoría que ahora analizaremos, un agujero negro siempre tendría, “al otro lado”, un agujero blanco.

Ambos agujeros, el negro y el blanco, quedarían unidos por unos pasajes espacio-temporales conocidos como puentes de Einstein-Rosen, que seguramente conoces mejor por el nombre de “agujeros de gusano”. Estos puentes se abrirían entre la singularidad de un agujero negro y la de un agujero blanco, permitiendo que la materia absorbida por el negro viajara hasta el agujero blanco, que escupiría esta materia.

Como ves, estamos respondiendo a ambas preguntas. La materia engullida por un agujero negro iría a un agujero blanco y la materia escupida por un agujero blanco vendría de un agujero negro. Tan sencillo y tan asombroso y complejo a la vez.

Y es que todo se vuelve fascinante cuando tenemos en cuenta que un agujero negro y su “compañero” blanco podrían estar en rincones alejados por millones de años luz, en galaxias diferentes, e incluso, y aquí viene lo más asombroso, en Universos diferentes. La física cuántica, especialmente a través de la Teoría M, abre la puerta a que vivamos en un Multiverso y que nuestro Cosmos sea solo uno más de infinitos. Y, quizás, ser engullido por un agujero negro podría ser un viaje a otro Universo, usando el agujero blanco como puerta de salida. Simplemente increíble.

• Para saber más: “¿Qué es la Teoría M? Definición y principios”

2. Small Bang: ¿nuestro Universo nació de un agujero blanco?

Te propongo una cosa. Mira un vídeo del Big Bang y ponlo marcha atrás. ¿No se parece mucho a la condensación de una estrella para colapsar en un agujero negro? Esto, de acuerdo, a la teoría que ahora veremos, es un indicio para hablar sobre cómo es posible que el Big Bang que diera lugar a nuestro Universo fuera, en realidad, un agujero blanco expulsando la materia y energía suficiente para conformar nuestro Cosmos.

Lee Smolin, físico teórico estadounidense, abrió la puerta a esta posibilidad. Y es que si el Big Bang al revés parece un agujero negro absorbiendo materia y energía y un agujero blanco es el inverso de un agujero negro, ¿por qué no podrían ser el nacimiento de un Universo?

Fue en base a esto que en 2012 surgió la teoría del Small Bang, la cual nos dice que el origen de nuestro Universo se encuentra en un agujero blanco que expulsó la materia y energía procedente de otro agujero negro (vendríamos de un Universo que fue consumido por un agujero negro y con el que estábamos conectados a través de un agujero de gusano) de un Universo que murió devorado.

Sea o no cierta esta teoría, es increíble pensar que, quizás, la semilla de nuestro Big Bang y de la expansión de nuestro Universo fuera un agujero blanco expulsando la materia y energía que un agujero blanco de otro Universo le transfirió al devorar todo un Cosmos.

• Te recomendamos leer: “¿Qué había antes del Big Bang?”

3. Muertes de agujeros negros: ¿son los agujeros negros la última fase de vida de los agujeros negros?

Una tercera y última teoría sobre la existencia de estos agujeros blancos y que, además, permite explicar por qué no los hemos visto ni detectado. Pongámonos en contexto. Por sorprendente que parezca, los agujeros negros también mueren.

A pesar de engullir materia y de que nada puede escapar de ellos, parte de su energía se evapora en lo que se conoce como radiación de Hawking. Los agujeros negros, pues, están destinados a morir. Ahora bien, ya puedes esperar sentado para ver a un agujero negro evaporarse del todo.

Para que un agujero negro se consumiera por la liberación de la radiación de Hawking tendrían que pasar, de acuerdo a las predicciones, varios trillones de trillones de trillones de trillones de años. Es un tiempo simplemente imposible de imaginar.

Pero lo importante es que esta teoría dice que, cuando el agujero negro se consumiera por completo, este se convertiría en un agujero blanco, haciendo que toda la materia y energía que había absorbido en su singularidad, fuera liberada.

Al parecer, las matemáticas dicen que esto es posible, pero es imposible de demostrar a nivel empírico. Más que nada porque el Universo tiene una edad de 13.800 millones de años. Y si un agujero negro tarda en morir varios trillones de trillones de trillones de trillones de años, pues nos queda un “poco” para presenciar la muerte de uno. Pero solo un poco, ¿eh?

• Te recomendamos leer: “Las 10 teorías del final del Universo”

Entonces, ¿existen los agujeros blancos?

Así en resumen: lo más probable es que no. No se han observado nunca (aunque habíamos confundido los más tarde denominados cuásares como estos agujeros blancos) y lo más posible es que no existan. De hecho, como hemos dicho, muchos físicos aseguran que se trata solo de consecuencias de jugar con las matemáticas de Einstein, pero sin ninguna aplicación real.

Y ya no solo por lo que hemos comentado de que necesitaríamos materia de masa negativa o una fuerza contraria a la gravedad (que podría ser la energía oscura, pero tampoco podemos saber si está relacionada con esto), sino porque los agujeros blancos rompen la segunda ley de la termodinámica.

Un agujero blanco viola el “sagrado” principio de entropía. La segunda ley de la termodinámica nos dice que la cantidad de entropía en el Universo tiende a incrementarse con el tiempo. Esto, en resumidas cuentas (y pecando de reduccionistas), viene a decir que el grado de desorden en el Universo siempre aumenta. Avanzando en el tiempo, no puede haber más orden, tiene que haber más desorden. Y en estos agujeros blancos, rompemos con la entropía, pues pasaríamos de un estado de desorden a uno de mayor orden.

Aunque, claro, si van hacia atrás en el tiempo, entonces no romperían con el principio de entropía. ¿O sí? Menudo lío. Pero vamos, que no se han descubierto y no se espera que lo hagamos. Pero teorizar sobre ellos es apasionante, eso no me lo puedes negar.

• Te recomendamos leer: “¿Qué es la entropía?”