Agujeros negros: cuáles fueron las predicciones de Stephen Hawking

Stephen Hawking es considerado el último físico que logró traspasar las barreras de la ciencia. Convirtiéndose en parte de los iconos de la cultura popular. Su imagen quedó relacionada con el campo que logró captar el grueso de su trabajo, los agujeros negros. Por eso te comentamos cuáles fueron las predicciones de Stephen Hawking sobre los hoyos negros.

Los hallazgos de Stephen Hawking proyectaron luz dentro de la oscuridad de estos objetos astronómicos tan misteriosos. Al mismo tiempo lograron plantear preguntas que seguirán dando trabajo a los científicos por muchas décadas.

Las predicciones de Stephen Hawking

Luego de cincuenta años, un grupo de científicos tuvo la oportunidad de confirmar un de los teoremas con más fama, pertenecientes al físico británico Stephen Hawking. Y este es la teoría del área que corresponde a los agujeros negros. La cual argumenta que el área más lejos del horizonte de sucesos, que es el límite del que nada puede escapar, en ningún momento disminuye.

Los científicos que pertenecen al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), junto a otros centros de investigación, liderados por el físico Maximiliano Isi, han sido los primeros en confirmar esa teoría. Tomando como base la observación de las ondas gravitacionales.

Pese a que en el interior de un agujero negro suceden procesos bastante extremos, donde no aplican las leyes de la física que se piensan universales, sucede algo curioso. Y es que a nivel microfísico ocurren cosas análogas con las leyes que pertenecen a la termodinámica. Se sabe bien que los hoyos negros son uno de los fenómenos con mayor misterio en el universo. Para que ocurra su formación, una estrella tiene que perecer.

Aparte de esto, todo lo que ingresa en su interior, jamás consigue escapar, ni siquiera la luz. Y en lo más profundo o su corazón, lo más singular de todo es que el tiempo y el espacio se detienen. A pesar de que hasta el año 2019 nadie había observado un agujero negro, la prueba de su existencia se encontraba dentro de las ecuaciones de la teoría de la relatividad de Albert Einstein.

¿En qué se basa la teoría de Stephen Hawking?

Stephen Hawking, el famoso físico británico falleció en el año 2018, y propuso dicho teorema para el año 1971. Siendo uno de los más importantes acerca de la mecánica de los agujeros negros. Dicho teorema, predice que el área total que corresponde a un agujero negro más allá del horizonte de sucesos jamás tiene por qué disminuir.

Esta es una proposición que guarda semejanza con la segunda ley de la termodinámica. Indicando que la entropía, o el grado de desorden del universo, tampoco tiene que disminuir. Esta semejanza entre ambas teorías, sugirió que los agujeros negros tenían la posibilidad de comportarse como objetos térmicos, que tienen la capacidad de emitir calor.

No obstante, esta es una proposición que resultaba confusa. Puesto que se creía que la misma naturaleza de los agujeros negros no permitía que escape o irradie energía. Stephen Hawking logró coordinar dichas ideas para el año 1971. Demostrando que los hoyos negros poseen entropía y son capaces de emitir radiación en escalas de tiempo bastante largas. Si se tiene presente sus efectos cuánticos. Según lo que dice un comunicado de la MIT.

Este es un fenómeno que fue conocido como radiación Hawking, y se trata de una de las revelaciones con mayor importancia acerca de los agujeros negros. Sin embargo, los científicos no contaban con la capacidad para demostrar visualmente esta propuesta. Pero cincuenta años después esto fue posible.

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¿A qué se refiere la confirmación de estas predicciones?

Un poco más lejos de la curiosidad que en todo momento despiertan los hoyos negros. Lo más importante para Isi es, comprobar la total similitud de ciertas leyes de los agujeros negros con las leyes que corresponden a la termodinámica. Para este caso, aquella que tiene que ver con la entropía. A través de este estudio se confirma con cierta precisión la predicción fundamental de Stephen Hawking. Acerca de cómo es el funcionamiento de un agujero negro.

Es de gran importancia que teorías como estas, hasta el momento especialmente abstractas, puedan ser abordadas mediante un análisis observacional. Hasta ahora, el teorema planteado por Stephen Hawking había sido probado de manera matemática. Por no que no había sido observado en la naturaleza.

¿Cómo se obtuvo esta confirmación?

Dentro del estudio, el equipo se encargó de analizar detenidamente la onda gravitacional GW150914. Que fue captada por el observatorio LIGO para el mes de septiembre del año 2015. Esa señal fue un producto de dos agujeros negros en espiral que formaron un nuevo agujero negro. Concentrando una gran cantidad de energía que ondeó por el espacio-tiempo con la forma de ondas gravitacionales.

Siguiendo lo planteado en el teorema de Stephen Hawking: El área que está más allá del horizonte de dicho agujero negro, no puede ser menor a la que corresponde al horizonte total de los dos agujeros negros originarios. Contando con sistemas de detección mejorados, se pudo observar el antes y el después de dicha colisión.

Así mismo, el equipo fue capaz de desarrollar una técnica que permite captar frecuencias determinadas. O todos de secuelas que son más ruidosas. Que podrían poner en práctica para calcular la masa y el giro que posee el agujero negro final. Efectivamente, pudieron confirmar que el área en ningún momento disminuyó en la fusión. Siendo un resultado que el equipo reporta con un porcentaje de certeza del 95%.

Cuando en el futuro sigan mejorando los observadores, serán detectadas más señales y con mucha más precisión. Con eso se espera seguir corroborando estas leyes, y es posible que algún día se pueda descubrir algo totalmente nuevo.

Un punto sin retorno

Sin importar su tamaño, todos los agujeros negros se encuentran rodeados por una frontera que es invisible conocida como horizonte de sucesos. Siendo el punto sin retorno más allá del que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Rodeando este horizonte, las masas de gas y polvo se aceleran de tal manera por el gran influjo de la gravedad que se calientan y brillan. Emitiendo radiación y, a veces, formando un disco de acreción. Permitiendo observar la sombra que el mismo agujero proyecta en el anillo luminoso.

Debido a un efecto como este, la colaboración de radiotelescopios terrestres Event Horizon Telescope (EHT) consiguió ofrecer la primera imagen de un agujero negro el 10 de abril de 2019. Ocupando el centro de la galaxia M87. Para 1974 un estudio de Stephen Hawking, sacudió a la ciencia del momento, al proponer que los hoyos negros no lo eran tanto.

Tampoco crecían sin cesar como hasta ese momento asumían los físicos, incluido el mismo. Todo consistió en la combinación de dos mundos irreconciliables tradicionalmente. La relatividad general, la gravedad einsteniana empleada para explicar la formación y evolución de los agujeros negros y la mecánica cuántica.

¿Cuál fue la explicación de Hawking?

Entonces, Hawking explica que, la cuantía sugiere la creación continua de pares de partículas-antipartículas virtuales que se aniquilan mutuamente casi al instante. Sin embargo, al ocurrir esto al borde el horizonte de sucesos de un hoyo negro, podría resultar que la antipartícula con energía negativa caiga en el interior. Robando energía del hoyo negro y que su pareja escape hacia el espacio con idéntica energía positiva.

Llevando a la evaporación total del hoyo negro, sin que nada de la energía y materia escape de él. Como indica el físico en su estudio, para un hoyo negro de masa solar, esto es algo incluso más largo que la edad del Universo. En agujeros negros más pequeños sería más rápido, terminando en una explosión final que equivale a 1 millón de bombas de hidrógeno de 1 Mton.

El fenómeno radiación de Hawking

La demostración llevada a cabo por el físico Stephen Hawking, sobre la capacidad que tienen los agujeros negros de emitir radiación, representa su resultado más importante. Y esto es lo que sugiere Juan Maldacena. Físico del unta a OpenMind Juan Maldacena, físico del Institute for Advanced Study de Princeton. Quien ha aportado contribuciones a la teoría de cuerdas y gravedad cuántica.

Pero en su momento, esta radiación de Hawking abrió una verdadera división entre los físicos cuánticos y relativistas. Puesto que los primeros encontraban un problema bastante radical. Si de acuerdo a la cuántica la información relacionada con las partículas nunca se destruye, pero nada de energía ni materia escapa jamás de un hoyo negro. ¿Cómo es posible que este simplemente desaparezca llevándose esa información fuera de la existencia?

Es bien sabido que la radiación de Hawking se encuentra ampliamente admitida por la física actual. Aunque es casi imposible medirla y, por lo tanto, verificarla. De manera paradójica, la expulsan en mayor cantidad los hoyos negros más pequeños y que no se pueden detectar. Mientras que los más grandes, aquellos que los astrofísicos pueden estudiar de forma directa, producen una cantidad tan pequeña que no se puede distinguir.

Aun así, en los laboratorios se ha podido recrear un fenómeno similar. Investigadores que pertenecen al Instituto de Tecnología de Israel Technion, generaron análogos de minúsculos agujeros negros. Los cuales funcionan con el sonido en lugar de luz, y en los que se ha logrado demostrar algo parecido a la radiación de Hawking. Confirmando dos predicciones del físico: Que la radiación es algo espontáneo y que es estacionaria.

Fuente:

BBC, bbvaopenmind, Forbes.