UNA CLASE "EXÓTICA" DE MATERIA

Arco romano típico

Supongamos por un momento que los agujeros de gusano existen. ¿Están constituidos por la misma clase de materia que otros objetos, como estrellas o planetas? ¿Qué tipo de materia es capaz de soportar la estructura de túnel y garganta, típica de un agujero de gusano?

Para responder a estas preguntas imaginemos dos partículas, o dos rayos de luz, que entran por una de las bocas de un agujero de gusano siguiendo una trayectoria radial. A medida que se acercan a la garganta, ambas trayectorias se aproximan (es decir, son convergentes). Sin embargo, luego de cruzar la garganta, las trayectorias se separan porque allí el espacio-tiempo está curvado de manera tal que ahora estas divergen. Este efecto, que podríamos llamar de repulsión, no puede ser producido por ninguna clase de materia "normal", ya que esta solo ejerce fuerzas de atracción sobre otros objetos. Se necesita entonces un tipo de materia que repela en vez de atraer y que curve el espacio-tiempo de forma de generar una circunferencia de radio mínimo (esto es, la garganta). Esta materia se conoce con el nombre de materia exótica. Técnicamente, se dice que este tipo de materia viola las Condiciones de Energía, CE. Las CE son relaciones simples entre la densidad de energía y la presión de la materia que se conjeturan en numerosos teoremas de la Relatividad General (¡justamente aquellos que prueban la existencia de singularidades!). Expresan, por ejemplo, que la densidad de energía es positiva para todo sistema de referencia. Sin bien se conocen violaciones a las CE, todas ellas son de origen cuántico y extremadamente pequeñas. Si este tipo exótico de materia puede existir en cantidades microscópicas es un asunto aún no resuelto. Si así fuera, podrían existir agujeros de gusano con masas de tamaños estelares y tener efectos observables de carácter astrofísico.

Puede visualizarse mejor lo que ocurre en la garganta de un agujero de gusano por medio de la siguiente analogía. En la fotografía se muestra la estructura de un arco romano típico. La disposición de los ladrillos es tal que para vencer la fuerza de atracción gravitatoria (que tiende a derrumbar el arco) se requiere de una tensión de igual magnitud y de sentido contrario (hacia arriba). Para que esto ocurra, los ladrillos deben estar colocados de forma tal que la fuerza en la dirección horizontal que los ladrillos de la izquierda ejercen sobre el ladrillo central debe verse compensada por una de igual intensidad y sentido opuesto debida a los ladrillos de la derecha y, además, las componentes verticales debidas a las presiones de los ladrillos se deben sumar para obtener una tensión resultante hacia arriba de igual magnitud que la fuerza gravitatoria.

Cuando se trasladan estas ideas al escenario de un agujero de gusano entra en juego el problema del orden de magnitud de las fuerzas. La tensión requerida para contrarrestar la atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los cuerpos es muchísimo menor que la necesaria para impedir el colapso de un agujero de gusano. Para tener una idea sobre los valores involucrados digamos que la tensión en la garganta debería ser de aproximadamente 10³⁷dinas/cm² para un radio de 3 kilómetros. Esta es una tensión enorme equivalente al valor de la presión en el centro de las estrellas de neutrones con mayores masas. No se conocen en la naturaleza materiales que sean capaces de soportar tensiones de esta magnitud; tampoco pueden ser obtenidos artificialmente en el más sofisticado de los laboratorios.

En realidad no se sabe aún con certeza si tal tipo de materia puede existir hoy o puede haber existido en alguna etapa temprana del universo. Uno de los candidatos más aptos para poder formar cantidades macroscópicas de materia exótica podría ser un material en el que las fuerzas repulsivas de corto alcance (debidas a los efectos del spin de las partículas) equiparen a las fuerzas de atracción gravitatoria debida a los términos de masa. En este sentido, los estudios realizados por el físico de la Universidad de Princeton David Kerlick, indican que la densidad crítica a partir de la cual esto sucede es aproximadamente de 10⁴⁷g/cm³ para electrones y 10⁵⁴g/cm³ para neutrones. Tales densidades de materia solo son concebibles en el universo primitivo. Otro mecanismo para obtener materia exótica se basa en una supuesta variación en el tiempo de la constante universal de gravitación de Newton (G). En este caso los términos de materia sufrirían correcciones debidas a un agente externo que gobierna las interacciones gravitatorias indicando el nivel de intensidad entre éstas. Sin embargo, aún no se ha podido determinar con certeza si G realmente varía, aunque las cotas obtenidas en el sistema solar son muy estrictas.