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Una visión conceptual de un agujero de gusano. ¿Podrían los agujeros negros colisionar en realidad con agujeros de gusano? Una nueva teoría dice que tal vez. Crédito de la imagen: Shutterstock
Por Marcus Woo, colaborador de Live Science | Junio 19 de 2018
Cuando dos agujeros de gusano colisionan, pueden producir ondas en el espacio-tiempo que se rebotan. Los futuros instrumentos podrían detectar estos "ecos" gravitacionales, proporcionando evidencia de que estos túneles hipotéticos a través del espacio-tiempo en realidad existen, sugiere un nuevo artículo.
El interferómetro láser Wave-Wave Observatory (LIGO) ya ha detectado ondas espacio-temporales, llamadas ondas gravitacionales, que emanan de la fusión de agujeros negros, descubrimientos que condujeron al Premio Nobel en 2017.
Pero aunque la detección de LIGO fue solo una de las muchas observaciones que respaldan la existencia de agujeros negros, estos objetos exóticos aún plantean problemas teóricos. Por ejemplo, parecen ser inconsistentes con las leyes de la mecánica cuántica. Una forma de resolver estos problemas es si los agujeros negros eran en realidad agujeros de gusano.
Punto sin retorno
Una de las principales características de los agujeros negros es el horizonte de eventos, una región del espacio-tiempo más allá del cual nada puede escapar, ni siquiera la luz. Si arrojas algo a un agujero negro, se pierde para siempre, hasta cierto punto. Stephen Hawking descubrió que, gracias a un fenómeno conocido como túnel cuántico, los agujeros negros podrían producir un poco de radiación, que se conocería como radiación de Hawking. Durante un largo tiempo, los agujeros negros incluso podrían evaporarse debido a esta radiación.
"Pero lo que sale es aleatorio", dijo Amber Stuver, una astrofísica de la Universidad de Villanova en Pensilvania, que no participó en la nueva investigación. La radiación no contiene ninguna pista sobre lo que entró en el agujero negro.
"En la mecánica cuántica, si conoce todo sobre un sistema en particular, entonces debería ser capaz de describir su pasado y su futuro", dijo. Pero debido a que cualquier información que entra en un agujero negro se ha ido para siempre, un horizonte de eventos no concuerda con la mecánica cuántica.
Para resolver esta llamada paradoja de la información del agujero negro, algunos físicos han sugerido que los horizontes de eventos no existen. En lugar de las simas de la cual nada puede devolver, los agujeros negros podrían ser en realidad una serie de objetos especulativos de agujero negro-como que carecen de horizontes de eventos, tales como modelos de materia oscura, gravastars, Fuzzballs e incluso los agujeros de gusano, que fueron teorizado por Albert Einstein y el físico Nathan Rosen hace décadas.
Agujero negro parece similar
En un estudio de 2016 en la revista Physical Review Letters, los físicos plantearon la hipótesis de que si dos agujeros de gusano colisionaran, producirían ondas gravitacionales muy similares a las generadas por la fusión de los agujeros negros. La única diferencia en la señal sería en la última fase de la fusión, llamada ringdown, cuando el agujero negro o agujero de gusano recientemente combinado se relaja en su estado final.
Debido a que los agujeros de gusano no tienen horizontes de eventos, las ondas gravitacionales que golpean estos objetos podrían rebotar, produciendo un eco durante el ringdown.
"El interior del objeto es una especie de cavidad donde se reflejan las ondas gravitatorias", dijeron los investigadores del nuevo estudio a Live Science en un correo electrónico. "La producción de ecos gravitacionales no es muy diferente de los ecos de sonido normales en un valle".
En el documento, publicado en enero en la revista Physical Review D, el equipo de físicos de Bélgica y España analizó los agujeros de gusano que giran, que son más realistas que la variedad sin rotación estudiada en el trabajo de 2016. Calcularon cómo se vería la señal resultante de la onda gravitacional si los agujeros de gusano se fusionaran.
Debido a que la intensidad de la señal disminuye durante el ringdown, esa sección de la señal sería demasiado débil como para detectar la configuración actual de LIGO. Pero eso podría cambiar en el futuro, ya que los investigadores continúan mejorando y afinando el instrumento, dijeron los investigadores.
"En el momento en que estamos funcionando con una sensibilidad de diseño completa, creo que es posible resolver la fase de timbre donde se prevé que se producirán estos ecos", dijo Stuver, quien también es miembro del equipo de LIGO.
Aún así, los agujeros de gusano son menos hechos científicos que la ciencia ficción, a menudo utilizados en películas y libros como autopistas intergalácticas. Sin embargo, para que los agujeros de gusano sean transitables, es probable que necesites alguna materia exótica desconocida para mantenerlos abiertos. En diciembre pasado, los físicos idearon agujeros de gusano transversales que no necesitan materia exótica, pero, como todos los agujeros de gusano, son altamente especulativos. "Por otro lado, las repercusiones de la detección de ecos serían de gran importancia en física", escribieron los investigadores en un correo electrónico a Live Science. "Entonces, dado que una prueba experimental real estará disponible pronto, vale la pena explorarlos".
"Ahora es el momento de tomar en serio la posibilidad de que existan otros objetos que pueden ser tan masivos y compactos como los agujeros negros", dijo Vitor Cardoso, físico de la Universidad de Lisboa en Portugal, quien formó parte del estudio anterior sobre la ausencia de espinas. agujeros de gusano. "Esta es una de las cosas más emocionantes que podemos hacer con las ondas gravitacionales".
Originalmente publicado en Live Science.
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Una visión conceptual de un agujero de gusano. ¿Podrían los agujeros negros colisionar en realidad con agujeros de gusano? Una nueva teoría dice que tal vez. Crédito de la imagen: Shutterstock
Por Marcus Woo, colaborador de Live Science | Junio 19 de 2018
Cuando dos agujeros de gusano colisionan, pueden producir ondas en el espacio-tiempo que se rebotan. Los futuros instrumentos podrían detectar estos "ecos" gravitacionales, proporcionando evidencia de que estos túneles hipotéticos a través del espacio-tiempo en realidad existen, sugiere un nuevo artículo.
El interferómetro láser Wave-Wave Observatory (LIGO) ya ha detectado ondas espacio-temporales, llamadas ondas gravitacionales, que emanan de la fusión de agujeros negros, descubrimientos que condujeron al Premio Nobel en 2017.
Pero aunque la detección de LIGO fue solo una de las muchas observaciones que respaldan la existencia de agujeros negros, estos objetos exóticos aún plantean problemas teóricos. Por ejemplo, parecen ser inconsistentes con las leyes de la mecánica cuántica. Una forma de resolver estos problemas es si los agujeros negros eran en realidad agujeros de gusano.
Punto sin retorno
Una de las principales características de los agujeros negros es el horizonte de eventos, una región del espacio-tiempo más allá del cual nada puede escapar, ni siquiera la luz. Si arrojas algo a un agujero negro, se pierde para siempre, hasta cierto punto. Stephen Hawking descubrió que, gracias a un fenómeno conocido como túnel cuántico, los agujeros negros podrían producir un poco de radiación, que se conocería como radiación de Hawking. Durante un largo tiempo, los agujeros negros incluso podrían evaporarse debido a esta radiación.
"Pero lo que sale es aleatorio", dijo Amber Stuver, una astrofísica de la Universidad de Villanova en Pensilvania, que no participó en la nueva investigación. La radiación no contiene ninguna pista sobre lo que entró en el agujero negro.
"En la mecánica cuántica, si conoce todo sobre un sistema en particular, entonces debería ser capaz de describir su pasado y su futuro", dijo. Pero debido a que cualquier información que entra en un agujero negro se ha ido para siempre, un horizonte de eventos no concuerda con la mecánica cuántica.
Para resolver esta llamada paradoja de la información del agujero negro, algunos físicos han sugerido que los horizontes de eventos no existen. En lugar de las simas de la cual nada puede devolver, los agujeros negros podrían ser en realidad una serie de objetos especulativos de agujero negro-como que carecen de horizontes de eventos, tales como modelos de materia oscura, gravastars, Fuzzballs e incluso los agujeros de gusano, que fueron teorizado por Albert Einstein y el físico Nathan Rosen hace décadas.
Agujero negro parece similar
En un estudio de 2016 en la revista Physical Review Letters, los físicos plantearon la hipótesis de que si dos agujeros de gusano colisionaran, producirían ondas gravitacionales muy similares a las generadas por la fusión de los agujeros negros. La única diferencia en la señal sería en la última fase de la fusión, llamada ringdown, cuando el agujero negro o agujero de gusano recientemente combinado se relaja en su estado final.
Debido a que los agujeros de gusano no tienen horizontes de eventos, las ondas gravitacionales que golpean estos objetos podrían rebotar, produciendo un eco durante el ringdown.
"El interior del objeto es una especie de cavidad donde se reflejan las ondas gravitatorias", dijeron los investigadores del nuevo estudio a Live Science en un correo electrónico. "La producción de ecos gravitacionales no es muy diferente de los ecos de sonido normales en un valle".
En el documento, publicado en enero en la revista Physical Review D, el equipo de físicos de Bélgica y España analizó los agujeros de gusano que giran, que son más realistas que la variedad sin rotación estudiada en el trabajo de 2016. Calcularon cómo se vería la señal resultante de la onda gravitacional si los agujeros de gusano se fusionaran.
Debido a que la intensidad de la señal disminuye durante el ringdown, esa sección de la señal sería demasiado débil como para detectar la configuración actual de LIGO. Pero eso podría cambiar en el futuro, ya que los investigadores continúan mejorando y afinando el instrumento, dijeron los investigadores.
"En el momento en que estamos funcionando con una sensibilidad de diseño completa, creo que es posible resolver la fase de timbre donde se prevé que se producirán estos ecos", dijo Stuver, quien también es miembro del equipo de LIGO.
Aún así, los agujeros de gusano son menos hechos científicos que la ciencia ficción, a menudo utilizados en películas y libros como autopistas intergalácticas. Sin embargo, para que los agujeros de gusano sean transitables, es probable que necesites alguna materia exótica desconocida para mantenerlos abiertos. En diciembre pasado, los físicos idearon agujeros de gusano transversales que no necesitan materia exótica, pero, como todos los agujeros de gusano, son altamente especulativos. "Por otro lado, las repercusiones de la detección de ecos serían de gran importancia en física", escribieron los investigadores en un correo electrónico a Live Science. "Entonces, dado que una prueba experimental real estará disponible pronto, vale la pena explorarlos".
"Ahora es el momento de tomar en serio la posibilidad de que existan otros objetos que pueden ser tan masivos y compactos como los agujeros negros", dijo Vitor Cardoso, físico de la Universidad de Lisboa en Portugal, quien formó parte del estudio anterior sobre la ausencia de espinas. agujeros de gusano. "Esta es una de las cosas más emocionantes que podemos hacer con las ondas gravitacionales".
Originalmente publicado en Live Science.
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