¿Cómo detectar un agujero de gusano?

Si bien los agujeros de gusano pueden crear ondas gravitacionales si se tambalean, es probable que esto sea raro y, dado que la mayoría de las geometrías de los agujeros de gusano son muy inestables, es probable que pronto den lugar a una situación sin agujeros de gusano. Pero al igual que los agujeros negros, los agujeros de gusano desvían los rayos de luz (pero en un patrón diferente). Esto sugiere que las lentes gravitacionales son la forma de ver un gusano remoto.

Ha habido artículos que analizan las lentes gravitacionales de los agujeros de gusano ( ejemplo , ejemplo , ejemplo , revisión , artículo clásico original ). Si monitorea una galaxia distante, un objeto que pasa aleatoriamente frente a ella puede cruzar una estrella de tal manera que su luminosidad aumenta y disminuye de una manera característica. Si bien la mayoría de estos esfuerzos se han centrado en encontrar lentes gravitacionales debido a objetos masivos como los agujeros negros, presumiblemente también han mantenido un pequeño ojo abierto en busca de otros patrones extraños. También ha habido propuestas para buscar en los datos modelos particulares de agujeros de gusano.(Un problema con los agujeros de gusano es que hay muchos tipos hipotéticos diferentes, cada uno con su lente particular).

Esta es una pregunta interesante, y me gustaría ver las ideas de otras personas al respecto. Puede haber discusión de esto en la literatura. Los siguientes son solo mis pensamientos, trabajando desde los primeros principios.

Si los objetos altamente no newtonianos como los agujeros negros, las singularidades desnudas y los agujeros de gusano se forman a través de procesos naturales en nuestro universo, entonces esperamos que se formen en un colapso gravitatorio descontrolado. Una vez que se forman, son extremadamente compactos y, por lo tanto, no podemos esperar resolverlos en imágenes de telescopio, excepto quizás en los casos más favorables, como Sag A*. Con los agujeros de gusano, también existe el problema de que se espera que sean inestables. Por lo tanto, creo que las posibilidades de detectar un agujero de gusano serían mejores si tratas de detectar su formación, no si lo detectas mucho después de su formación.

Durante varias décadas, la expectativa estándar ha sido que el colapso de estrellas masivas conduzca a la formación de un agujero negro. También ha habido sugerencias de que podría conducir a la formación de una singularidad desnuda, y ha habido propuestas serias para observar tal cosa (Joshi et al., "Distinguir agujeros negros de singularidades desnudas a través de sus propiedades de disco de acreción", abril de 2013 , https://arxiv.org/abs/1304.7331). Una gran diferencia entre un agujero negro y una singularidad desnuda es que se espera que un agujero negro irradie solo un pequeño porcentaje de su masa-energía antes de que el resto quede atrapado detrás del horizonte de sucesos, mientras que en el caso de una singularidad desnuda podría ser 100% radiado. También hay un corte de alta frecuencia en el espectro de radiación cuando se forma un agujero negro, pero no una singularidad desnuda. Pensaría que la formación de un agujero de gusano sería similar observacionalmente a la formación de una singularidad desnuda en estos aspectos.

Hay teoremas de la relatividad general que imponen estrictas restricciones a la formación de agujeros de gusano por colapso gravitacional. Requiere un cambio en la topología del espacio, y los teoremas de Geroch y Borde dicen que no se puede cambiar la topología a menos que haya materia exótica y violaciones de la causalidad. (En términos técnicos, tiene que haber una violación de la condición de energía débil, y el espacio-tiempo tiene que violar la compacidad causal.) Aunque la condición de energía débil es violada por la energía oscura, no tenemos evidencia de que sea violada por ninguno de los formas de materia, típicamente materia bariónica y tal vez materia oscura, que probablemente contribuirían al colapso astrofísico. Por esta razón, si vamos a tener alguna posibilidad de observar la formación de un agujero de gusano por colapso gravitacional, entonces necesariamente estamos hablando de observar un proceso que falsifica la GR clásica en un régimen en el que previamente habíamos creído que funcionaba bien. En este sentido, es muy diferente de la observación de una singularidad desnuda, que sería muy lejana pero no incompatible con GR.

Los físicos no entienden completamente el concepto de puentes o agujeros de gusano de Einstein-Rosen (ER) porque se trata de dos agujeros negros (ya estamos teniendo problemas con uno). Todavía hay debates en curso debido a la falta de observaciones. Especialmente en una base de información, es realmente problemático porque estas soluciones de las Ecuaciones de Campo de Einstein son algo sobre la Relatividad General, mientras que la información es un concepto de la mecánica cuántica. Y estas dos son teorías incompatibles como es posible que hayas sabido.

Ahora, cualquier agujero negro con un área de superficie dada es estrictamente idéntico a cualquier otro con la misma superficie. Entonces, esto hace que los agujeros negros se distingan solo por sus áreas o radios (si es estacionario). Entonces, dos agujeros negros cualesquiera que estén conectados (entrelazados) por un puente ER no darían ninguna información al respecto.

Sin embargo, existe una gran esperanza de que el puente ER sea igual al concepto de entrelazamiento (conjetura de Einstein-Rosen-Poldowsky). Si es así, entonces podemos observar algunas otras propiedades de un par de agujeros negros y ver si están entrelazados o no. Por ejemplo, probablemente el momento angular de dos agujeros negros entrelazados estaría altamente correlacionado.