Investigadores del Instituto de Tecnología de Israel (Technion) lograron, a través de una estructura similar a un agujero negro creada en 2016, demostrar que una de las predicciones del físico británico Stephen Hawking era correcta.
Según Hawking, una singularidad no es solo un monstruo que se traga materia y luz; también emite radiación espontánea, ahora conocida como radiación de Hawking, una emisión débil pero inexorable: si el agujero negro no ingiere suficiente material para compensarlo, eventualmente se evaporará y extinguirá.
Nunca ha sido posible observar o medir la radiación de Hawking, lo que ha sido una suposición hasta ahora. “Si te adentras en el horizonte de sucesos, no hay salida, ni siquiera hacia la luz. La radiación de Hawking comienza fuera del horizonte de eventos, donde la luz apenas puede escapar. Es realmente extraño porque no hay nada ahí; es un espacio vacío. Sin embargo, esta radiación comienza de la nada, sale y va a la Tierra ”, dijo al sitio web. Physis.org el físico y coautor del estudio Jeff Steinhauer.
Los agujeros negros se caracterizan por una gravedad monstruosa, que es tan gigantesca que ni siquiera la luz puede escapar. Para que esto suceda, cualquier cosa que haya quedado atrapada más allá del horizonte de eventos (el límite entre ser tragado o no) tendría que viajar más allá de la velocidad de la luz, y eso, según las leyes de la física, es imposible.
Muy débil
Hawking, sin embargo, demostró que los agujeros negros siempre emiten luz de forma espontánea, gracias a la mecánica cuántica y las «partículas virtuales», elementos efímeros de energías opuestas que se emparejan con partículas existentes en el cosmos.
Por lo tanto, los pares de fotones se pueden separar en el borde del horizonte de eventos. Mientras que una partícula de energía negativa sería absorbida por el agujero negro, restando la energía en forma de masa de la singularidad, otra escaparía al espacio: la radiación de Hawking.
«La teoría de Hawking fue revolucionaria porque combinó la física de la teoría cuántica de campos con la relatividad general. Verificar esta radiación cuántica es muy difícil con un agujero negro real porque la radiación de Hawking es muy débil en comparación con la radiación de fondo espacial», dijo Steinhauer al sitio. Ciencia viva.
Ondas sonoras
Para crear la estructura, los investigadores utilizaron un material cuántico llamado condensado de Bose-Einstein, que es una fase de la materia formada por bosones a una temperatura cercana al cero absoluto. La radiación de Hawking emitida por este agujero negro analógico está formada por ondas sonoras en lugar de ondas luminosas.
Los investigadores utilizaron un flujo de gas de 8.000 átomos de rubidio contenido por un rayo láser. Se usó un segundo haz para crear un horizonte de eventos en la estructura, haciendo que el gas fluyera como agua en una cascada, con un giro: la mitad del gas corría más rápido que la velocidad del sonido.
Los investigadores utilizaron un condensado de Bose-Einstein para crear el análogo de un agujero negro.La fuente: Wikimedia Commons / NIST / JILA / CU-Boulder / Reproducción
En lugar de fotones, los investigadores buscaron fonones (ondas sonoras cuánticas) que se formaron espontáneamente. «Los fonones de la mitad más lenta marcharon contra el gas, lejos del horizonte de sucesos, mientras que los de la mitad más rápida quedaron atrapados por la velocidad del flujo de gas supersónico, como en un agujero negro: una vez dentro es imposible salir». dijo Steinauer.
El siguiente paso fue confirmar que la radiación de Hawking se mantendría constante. Cada vez que los investigadores tomaron una foto, el agujero negro creado por el hombre de 0.1 milímetros de largo fue destruido por el calor generado en el proceso, lo que obligó al equipo a producir la «singularidad», tomar una foto y luego ir. Crear otro – proceso repetido 97.000 veces durante 124 días. «Pero pudimos demostrar que la radiación era estacionaria, exactamente lo que predijo Hawking», concluyó el físico.