Radiación de Hawking y más sobre los agujeros negros

Un experimento sin precedentes logra medir Radiación de Hawking y nos permite avanzar en la comprensión de los agujeros negros.

Stephen Hawking predijo que un agujero negro, un objeto celeste con una gravedad tan fuerte que nada puede escapar de su agarre, irradia como un objeto cálido ordinario. O sea un “cuerpo negro”, que emite radiación constante que depende únicamente de su temperatura), como una estrella.

Como tal, los agujeros negros no solo deberían emitir radiación, sino que esta “radiación de Hawking” de un agujero negro debería ser constante en el tiempo, como la radiación de un cuerpo negro.

La temperatura de la radiación de Hawking está determinada por la gravedad de la superficie.

Cuanto más fuerte sea la fuerza de gravedad sobre la superficie del agujero negro, mayor será la temperatura.

Aunque la predicción de Hawking tiene casi 50 años, aún no se ha medido en agujeros negros reales (celestes) debido a la muy baja temperatura de radiación de Hawking esperada, en la escala nano Kelvin o inferior.

El grupo dirigido por el profesor Jeff Steinhauer dcreó un agujero negro sónico, un sistema del que las ondas sonoras no pueden escapar, en analogía con los agujeros negros reales de los que ni siquiera la luz puede escapar más allá de una superficie esférica denominada horizonte de sucesos.

En un artículo del 4 de enero de 2021 en Nature Physics, el grupo mostró que la radiación estacionaria de Hawking se emite de hecho desde un agujero negro sónico.

Midieron 97.000 repeticiones del experimento, correspondientes a 124 días de medición continua, y observaron la radiación de Hawking espontánea en seis momentos diferentes después de la formación del agujero negro sónico. Luego verificaron que la temperatura y la fuerza de la radiación permanecían constantes.

Además, siguieron la evolución de la radiación de Hawking a lo largo de la vida del agujero negro sónico, y la compararon y contrastaron con las predicciones de agujeros negros reales.

Observaron el aumento de la radiación de Hawking.
Como era de esperar, primero observaron el aumento de la radiación de Hawking, que fue similar al aumento esperado durante la formación de un agujero negro real. Mas tarde vieron la emisión espontánea estacionaria prevista.

El final de la constante radiación de Hawking en el agujero negro sónico estuvo marcado por la formación de un horizonte interior, una superficie esférica dentro del agujero negro sónico, dentro de la cual las ondas sonoras ya no quedan atrapadas.

Este horizonte interior irradiaba hacia afuera y estimulaba la radiación de Hawking adicional, lo que resultó en un rápido crecimiento de la radiación de Hawking más allá de la emisión espontánea.

“Los resultados experimentales del profesor Steinhauer son de gran importancia e interés”, dijo el profesor Amos Ori, experto en el campo de la relatividad general y los agujeros negros.

“Jeff mide la radiación de Hawking estacionaria emitida por un agujero negro sónico, de acuerdo con la predicción teórica de Hawking.

Esto brinda un apoyo experimental muy significativo al análisis de Hawking, que obtiene la aprobación experimental por primera vez en los experimentos de Jeff “.

“Al mismo tiempo”, agregó el profesor Ori, “el presente experimento también mostró que después de un cierto período, la radiación emitida por el sistema comienza a intensificarse significativamente, probablemente debido al desarrollo de radiación estimulada luego de la formación del horizonte interno.

Este es un fenómeno que ya no se incluye en el análisis de Hawking, por lo que es mucho más interesante para mí.

Los fenómenos observados en este experimento plantean inmediatamente la siguiente pregunta:

Pueden los agujeros negros reales también emitir una fuerte radiación estimulada, como lo hizo el agujero negro sónico de Jeff en el experimento?

Para mí, esta es una pregunta fascinante y de vital importancia para la física de los agujeros negros, así como para la astrofísica y la cosmología ”.

Estas innovadoras medidas brindan a la comunidad científica información valiosa sobre la naturaleza de los agujeros negros, sónicos y celestes.

“Nuestro nuevo objetivo a largo plazo”, concluyó el profesor Steinhauer, “es ver qué sucede cuando uno va más allá de las aproximaciones utilizadas por Hawking, en las que la radiación de Hawking es cuántica, pero el espacio-tiempo es clásico.

En otras palabras, tendríamos en cuenta que el agujero negro analógico está compuesto por átomos puntuales ”.

Fuente: Latam Israel.