Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años. Podéis enviar vuestras preguntas a tcesjunior@theconversation.com
Pregunta de Marta, de 15 años. IES Santa Teresa. Jaén.
Jueves, 29 de febrero de 2024. Desde que Albert Einstein alumbrara la teoría general de la relatividad hace más de cien años, decimos que la gravitación es un efecto geométrico. ¿Y esto qué significa?
Imagina una malla elástica –el conjunto del espacio y el tiempo– que se deforma cuando le ponemos encima algún objeto, como una pelota, por ejemplo. Cuanta más materia haya concentrada en una región (cuanto más pesada sea esa pelota), más se curvará la malla.
Y esto afecta al resto de partículas que se mueven por el espaciotiempo. Si tiramos una segunda pelota sobre la malla curvada por la primera, va a seguir una trayectoria también curva. Y si la lanzamos con una cierta velocidad, podemos conseguir que describa trayectorias elípticas a su alrededor. ¡Como los planetas alrededor del Sol!
Definido ahora de forma más abstracta: la forma del espacio y el paso del tiempo se distorsionan por la presencia de materia. Por eso decimos que la materia curva el espaciotiempo. Esta ley de atracción rige tanto los movimientos de los planetas como la caída de una simple manzana desde una rama de su árbol.
Una hormiga aplastada por la gravedad
El caso más extremo de atracción gravitatoria se produce cuando un objeto colapsa o se encoge sobre sí mismo hasta alcanzar un tamaño menor que una medida que se conoce como “radio gravitacional”.
Ahora imagina una hormiga paseando por la superficie de la Tierra. Si nuestro planeta de repente se encogiera a la mitad manteniendo su masa, el peso de la hormiga se multiplicaría por cuatro. Esto obedece a la ley de la gravitación universal de Newton, según la cual los objetos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Nuestra pequeña amiga tendría que hacer mucho esfuerzo para no aplastarse contra el suelo. Y si la Tierra se volviera a encoger al 50 %, el peso inicial de la hormiga se multiplicaría nada menos que 16 veces.
Si la Tierra se convirtiera en una canica
Pues bien, si nuestro planeta siguiera haciéndose pequeño, llegaría un momento en
que nada podría resistir la fuerza gravitatoria, la fuerza repulsiva entre las partículas que soportan a la Tierra no aguantaría y todo desaparecía de la vista formando lo que se conoce como agujero negro.
En el caso de nuestro hogar espacial, esto sucedería si encogiera hasta alcanzar el tamaño de una canica: ¡su radio gravitacional es de solo 0,8 centímetros!
No sabemos si existe algún agujero negro tamaño canica en el universo, pero sí parecen existir algunos con dimensiones kilométricas y varias veces la masa de nuestro Sol. También los hay mucho más grandes, gigantescos: ocupan el espacio de un sistema planetario y tienen una masa que equivale a miles de millones de la del astro rey.
Un agujero negro es, por tanto, el resultado extremo de un proceso de compactación de materia. Son negros porque se ha generado una región del espaciotiempo con un campo gravitacional tan intenso que ni tan siquiera la luz puede escapar hacia el exterior. La superficie de esta región de “irás pero no volverás” es lo que se conoce como el horizonte de sucesos.
Una película al revés
Una vez que sabemos qué es un agujero negro, ya podemos explicar en qué consiste un agujero blanco. Cabe deducir que se forma por un proceso inverso al que hemos explicado antes. Es decir, se trata de una región del espaciotiempo muy compacta y extremadamente oscura que de repente deja de serlo y empieza a emitir luz y materia hacia el exterior.
Usando el símil de la Tierra, en lugar de imaginar a nuestro planeta haciéndose pequeño hasta desaparecer, ahora tenemos que ver la película al revés: en una región espaciotemporal donde no observamos nada, de pronto aparece una pequeña Tierra del tamaño de una canica que se va haciendo grande y más grande hasta volver a ser el planeta que conocemos.
Esta situación equivalente al agujero negro, pero con el tiempo “fluyendo hacia atrás”, es lo que se conoce como agujero blanco.
Pero no debemos asociar los agujeros negros a la gravedad atractiva (la que todos conocemos) y los blancos a la repulsiva (la que, inversamente, repele). La fuerza gravitatoria que generan a ambos es exactamente la misma.
La diferencia se aprecia solamente en el comportamiento de lo que llamábamos horizontes de sucesos. En el agujero negro se forma una superficie desde cuyo interior nada escapa, mientras que en la superficie equiparable del agujero blanco –el horizonte blanco– ocurrirá lo contrario: todo sale.
Dicho de otra manera, las órbitas de los planetas u objetos celestes que giran en torno de un agujero negro serían indistinguibles de las órbitas de esos objetos alrededor de un agujero blanco.
El pez negro se come al blanco
Una vez que hemos entendido qué es un agujero blanco, estamos en posición de responder a las preguntas del título. En primer lugar, no se sabe si hay agujeros blancos en el universo, de momento solo existen en teoría y no se ha observado ningún fenómeno que se asemeje a nada parecido. Además, se cree que los agujeros blancos serían inestables.
Y esto quiere decir que si un agujero blanco y un un agujero negro colisionaran –respondiendo a la segunda pregunta–, la materia total acabaría formando un agujero negro de mayor tamaño y masa que el primero. Es decir, que el agujero negro engulliría al blanco.
El museo interactivo Parque de las Ciencias de Andalucía colabora en la sección The Conversation Júnior.
Gerardo García Moreno es Doctorando en Física Teórica (PhD student in theoretical physics), Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), y Carlos Barceló Serón, Científico Titular del CSIC, Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)
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