22 abril, 2024

El universo observable podría ser un agujero negro, sugiere un gráfico de todo

Parece una idea tan simple que sorprende que nadie la haya hecho antes: trazar todo, desde partículas subatómicas hasta supercúmulos, en un gráfico de masa y radio. Ahora que alguien lo ha hecho, los resultados plantean algunas preguntas muy intrigantes y posiblemente un poco inquietantes.

El gráfico es obra del Dr. Charles Lineweaver y del estudiante graduado Vihan Patel. Usaron un gráfico log-log, porque nada más podía cubrir los muchos órdenes de magnitud tanto en tamaño como en masa entre lo muy pequeño y lo muy grande. Ciertas áreas están «prohibidas» por leyes conocidas, o donde «la mecánica cuántica desdibuja la naturaleza misma de lo que realmente significa ser un objeto singular», dijo Patel en un comunicado.

Quizás la parte más significativa del gráfico es la línea negra que separa la zona marcada como “prohibida por la gravedad” del espacio poblado por objetos familiares. A lo largo de esta línea se encuentran los agujeros negros punteados. «Cuanto mayor es la masa de un agujero negro, menor es su densidad», explicó Lineweaver a . Aunque la parte izquierda de la línea es teórica, los científicos han observado una variedad de tamaños de agujeros negros, desde restos de estrellas colapsadas hasta el agujero negro supermasivo más grande, y este patrón está establecido y comprendido.

Un gráfico logarítmico de la masa y el radio de todas las categorías de objetos del universo y las áreas prohibidas a su alrededor.

Crédito de la imagen: Lineweaver y Patel, American Journal of Physics 2023 (CC BY 4.0)

Sin embargo, siguiendo la línea hacia arriba aprendemos que todo el universo observable – el área que se encuentra dentro del “radio de Hubble” también está en esa línea. En otras palabras, si un agujero negro fuera tan grande como el universo que podemos ver, tendría la misma densidad que el universo. ¿Es entonces el universo un agujero negro? Y si es así, ¿qué significa eso?

Lineweaver señaló a que él y Patel no son los primeros en preguntarse si todo el universo podría ser un agujero negro, aunque otros han llegado a esa idea por diferentes medios. La idea parece improbable, pero la pareja nota que el universo siempre ha estado en juego. Su medida de masa incluye materia oscura y energía oscura (ya que la energía y la masa son intercambiables). A medida que el universo dentro del radio de Hubble ha crecido en tamaño, también lo ha hecho la masa/energía total gracias al aumento de la energía oscura. El hecho de que el universo también estuviera en la línea hace miles de millones de años, cuando el radio de Hubble era mucho más pequeño, hace que sea menos probable que su posición en la línea sea una coincidencia.

Lineweaver señala que hay un horizonte de sucesos alrededor del universo observable, tal como lo hay alrededor de un agujero negro, y este es sólo uno de los paralelos entre ellos.

Sin embargo, Lineweaver también enfatizó que el hecho de que el universo sea un agujero negro requiere la suposición de que todo lo que está fuera del radio de Hubble es un espacio de Minkowski de densidad cero (el vacío para la mayoría de nosotros). La mayoría de los cosmólogos, incluido Lineweaver, piensan que esta es una mala suposición, dijo a , dejando las implicaciones de su gráfico poco claras. «El universo podría ser un agujero negro del revés», añadió. En total, cree que la cuestión requiere mucha más reflexión.

Un obstáculo para responder si el universo es un agujero negro, o al menos algo relacionado con él, es que no sabemos cómo es el interior de un agujero negro. “Nada puede existir a la izquierda [of the black hole line]”, dijo Lineweaver a . “¿Pero no es probable que el centro de un agujero negro sea más denso que el propio agujero negro? No sabemos nada sobre el centro”. Como señalaron Stephen Hawking y Roger Penrose, la relatividad general y la mecánica cuántica dan respuestas diferentes a preguntas como ésta, y la tensión no se ha resuelto.

Como trampolín hacia el gráfico anterior, los autores trazaron la edad del universo en función de la temperatura, para identificar el momento en el que podrían formarse las cosas.

Crédito de la imagen: Lineweaver y Patel, American Journal of Physics 2023 (CC BY 4.0)

El gráfico también plantea preguntas sobre la naturaleza de los inicios del universo. “En el extremo más pequeño, el lugar donde se encuentran la mecánica cuántica y la relatividad general es el objeto más pequeño posible: un instantáneonorte”, dijo Patel. «Esta trama sugiere que el universo pudo haber comenzado como un instante, que tiene un tamaño y una masa específicos, en lugar de una singularidad, que es un punto hipotético de densidad y temperatura infinitas».

Aunque el término “singularidad” está mucho más asociado con el Big Bang en la imaginación del público, Lineweaver dijo a que la gente debería familiarizarse más con instanton, que considera el modelo más plausible para los orígenes del universo.

El estudio se publica en acceso abierto en el American Journal of Physics.

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