- Diferències entre forats negres i forats blancs
- Història del seu descobriment
- Quàsars i forats blancs
- Possible troballa d'un forat blanc
- teoria
- Alguns conceptes importants en la teoria de la relativitat
- Com es forma un forat blanc?
- Forats blancs i matèria fosca
- referències
El forat blanc és una singularitat de l'espai - temps, pertanyent a les solucions exactes de les equacions de la relativitat general. Aquestes singularitats posseeixen el que s'anomena un horitzó de successos. Això significa la presència d'una barrera, que en un forat blanc res pot traspassar des de l'exterior. Teòricament, un forat blanc és una singularitat que va el passat.
De moment ningú ha pogut observar algun. Però és possible que li haguem de l'existència a el més especial de tots: el Big Bang de fa 13.8 mil milions d'ans pot considerar com un esdeveniment provocat per un forat blanc supermassiu.
Una gran massa com un planeta, pot deformar l'espai-temps. Font: Mysid
La teoria de la relativitat general considera que l'espai-temps pot deformar per efecte de l'acceleració o per la presència d'objectes massius. Es tracta de la mateixa teoria que va predir l'existència dels forats negres, dels quals els forats blancs serien la contrapart. Per tant, es considera igualment possible l'existència d'aquests.
Ara bé, per formar la singularitat espai-temporal es requereix d'algun mecanisme físic. En el cas dels forats negres se sap que la causa és el col·lapse gravitacional d'una estrella supermasiva.
Però el mecanisme físic que pogués formar una singularitat tipus forat blanc no es coneix fins al moment. Encara que per descomptat han sorgit candidats a explicar la seva possible formació, com es veurà en breu.
Diferències entre forats negres i forats blancs
Molts dels forats negres que es coneixen són el romanent d'una estrella supergegant que ha patit un col·lapse intern.
Quan això succeeix, les forces gravitatòries s'incrementen fins al punt que res que s'acosti podrà escapar de la seva influència, ni tan sols la llum.
Per això els forats negres són capaços d'engolir tot el que cau en ells. Per contra, a un forat blanc res podria entrar, tot seria rebutjat o repel·lit d'ell mateix.
És possible l'existència d'un objecte semblant? A la fi i al el cap, els forats negres van romandre molt de temps com a solució matemàtica de les equacions de camp d'Einstein, fins a ser detectats gràcies als efectes gravitacionals i de radiació que provoquen en el seu entorn, i ser fotografiats recentment.
En canvi els forats blancs encara estan amagats dels cosmòlegs, si és que realment existeixen.
Història del seu descobriment
La teoria sobre l'existència dels forats blancs va partir dels treballs de Karl Schwarzschild (1873-1916), un físic alemany i el primer a trobar una solució exacta a les equacions de camp relativista d'Albert Einstein.
Per a això va elaborar un model amb simetria esfèrica les solucions tenen sengles singularitats, que són justament els forats negres i les seves contraparts blanques.
El treball de Schwarzschild no va ser precisament popular, potser per haver estat publicat durant la Primera Guerra Mundial. Va caldre esperar alguns anys perquè en la dècada dels 60, dos físics ho reprenguessin de manera independent.
El 1965 els matemàtics Igor Novikov i Yuval Ne'eman van analitzar les solucions de Schwarzschild, però utilitzant un sistema de coordenades diferent.
En aquell moment el terme forat blanc encara no havia estat encunyat. De fet, se'ls coneixia com "nuclis endarrerits", i se'ls va considerar inestables.
No obstant això, a l'ésser la contrapart dels forats negres, els investigadors van tractar de trobar un objecte físic la naturalesa fos compatible amb la predita per als forats blancs.
Quàsars i forats blancs
Els investigadors van creure trobar-lo en els quàsars, els objectes més brillants de l'Univers. Aquests emeten un flux intens de radiació detectable mitjançant radiotelescopis, tal com ho hauria de fer un forat blanc.
No obstant això, a l'energia dels quàsars finalment se'ls va donar una explicació més factible, relacionada amb els forats negres en el centre de les galàxies. I així, els forats blancs van quedar de nou com a entitats matemàtiques abstractes.
Així que tot i ser coneguts, als forats blancs se'ls ha prestat molta menys atenció que als forats negres. Això es deu no només al fet que es creu que són inestables, la qual cosa posa en dubte la seva existència real, sinó al fet que no hi ha una hipòtesi raonable sobre el seu possible origen.
Per contra, els forats negres sorgeixen de el col·lapse gravitatori d'estrelles, un fenomen físic que ha estat ben documentat.
Possible troballa d'un forat blanc
Hi ha investigadors que estan convençuts d'haver detectat per fi un forat blanc en un fenomen anomenat GRB 060.614, ocorregut el 2006. Aquest fenomen s'ha proposat com la primera aparició documentada d'un forat blanc.
GRB 060.614 va ser una explosió de raigs gamma detectada per l'Observatori Swift de Neil Gehrels el 14 de juny de 2006, amb propietats peculiars. Va desafiar un consens científic sostingut prèviament sobre els orígens dels esclats de raigs gamma i els forats negres.
El Big Bang, que alguns creuen que va ser un forat blanc supermassiu, al seu torn va poder haver estat el resultat d'un forat negre també supermassiu, al cor d'una galàxia desconeguda situada en el nostre univers pare.
Una de les dificultats per observar un forat blanc és que tota la matèria és expulsada de la mateixa en un pols únic. De manera que el forat blanc no té la continuïtat necessària per poder ser observat, en canvi els forats negres sí que tenen la persistència suficient per deixar-se veure.
teoria
Einstein postula que la massa, el temps i la longitud tenen una estreta dependència amb la velocitat de sistema de referència en què estiguin sent mesures.
A més el temps és considerat com una variable més, amb la mateixa significació que les variables espacials. Així doncs, es parla de l'espai-temps com una entitat en la qual qualsevol succés i tots els successos, tenen lloc.
La matèria interactua amb el teixit de l'espai-temps i el modifica. Einstein descriu la forma en què això succeeix amb un conjunt de 10 equacions tensorials, conegudes com les equacions de camp.
Alguns conceptes importants en la teoria de la relativitat
Els tensors són entitats matemàtiques que permeten considerar la variable temporal a el mateix nivell de les variables espacials. Els coneguts vectors com la força, la velocitat i l'acceleració, formen part d'aquest conjunt ampliat d'entitats matemàtiques.
L'aspecte matemàtic de les equacions d'Einstein també involucra conceptes com la mètrica, que és la distància tant en espai com en temps que separa dos esdeveniments infinitesimalmente propers.
Dos punts en l'espai-temps formen part d'una corba anomenada geodèsica. Aquests punts estan units una distància espai-temporal. Tal representació de l'espai temps s'observa en la següent figura:
La forma d'el con està determinada per la velocitat de la llum c, la qual és una constant en tots els sistemes de referència. Tots els successos han de tenir lloc dins dels cons. Si hi ha successos fora d'ells no hi ha manera de saber-ho, ja que la informació hauria de viatjar més ràpid que la llum per poder ser percebuts.
Les equacions de camp d'Einstein admeten una solució amb dos singularitats en una regió buida (és a dir, sense massa). Una d'aquestes singularitats és un forat negre i l'altra és un forat blanc. Per totes dues hi ha un horitzó de successos, que és una frontera esfèrica de radi finit que envolta la singularitat.
En el cas dels forats negres, res, ni tan sols la llum, pot sortir d'aquesta regió. I en els forats blancs, l'horitzó de successos és una barrera a la qual res no pot traspassar des de l'exterior. La solució forat negre en el buit està en el con de llum de el futur, mentre que la solució forat blanc és a la regió de l'passat de el con de llum.
Les solucions de les equacions d'Einstein que comprenen un forat negre real requereixen de la presència de matèria, i en aquest cas la solució que conté a l'forat blanc desapareix. Per tant, es conclou que com a solució matemàtica, en la teoria de les solucions singulars sense matèria, els forats blancs sí que hi ha. Però no és així quan s'inclou la matèria en les equacions d'Einstein.
Com es forma un forat blanc?
L'any 2014, el físic teòric Carlo Rovelli i el seu equip de treball en la Universitat d'Aix-Marsella a França van proposar que els forats blancs poden sorgir de la mort d'un forat negre.
Ja en la dècada dels 70, el màxim expert en forats negres, Stephen Hawking, va calcular que un forat negre perd massa a través de l'emissió de la radiació de Hawking.
Els càlculs de Rovelli i el seu equip indiquen que tal contracció per pèrdua de radiació d'un forat negre podria, en la seva etapa final, produir un rebot que origini un forat blanc.
Però els càlculs de Rovelli també indiquen que en el cas d'un forat negre amb una massa igual a la de el Sol, es requeriria d'aproximadament un quadrilió de vegades l'edat actual de l'Univers per formar un forat blanc.
Forats blancs i matèria fosca
Un segon després del Big Bang, les fluctuacions en densitat d'un Univers en ràpida expansió van poder produir forats negres primordials (sense necessitat de col·lapse estel·lar).
Aquests forats negres primordials són moltíssims més petits que els d'origen estel·lar i poden evaporar fins a morir per donar pas un forat blanc en un temps comprès dins de la vida de l'Univers.
Els forats blancs microscòpics poden ser molt massius. Per exemple, un la mida d'un gra de pols pot tenir més massa que la Lluna.
Fins i tot, l'equip de Rovelli suggereix que aquests forats blancs microscòpics poden explicar la matèria fosca, un altre dels misteris cosmològics més importants.
Els forats blancs microscòpics no emetrien radiació; i com són més petits que una longitud d'ona, resulten ser invisibles. Aquesta podria ser una altra raó que explicaria el per què encara no s'han pogut detectar.
referències
- Battersby, S. 2010. Eternal black holes are the ultimate cosmic safe. Recobrat de: newscientist.com.
- Choi, C. 2018. White Holes may be the secret ingredient in mysterious dark matter. Recobrat de: space.com.
- Fraser, C. 2015. What are white holes ?. Recobrat de: phys.org.
- Masters, Karen. 2015. What is a white hole ?. Recobrat de curious.astro.cornell.edu
- Wikiwand. White hole. Recobrat de: wikiwand.com