Lo único que todos “sabemos” sobre los agujeros negros es que nada escapa a su ineludible alcance.
Esto es cierto en gran medida, pero desde la década de 1970, los físicos han predicho que los agujeros negros podrían perder energía lentamente en forma de radiación térmica.
Se trata de la radiación de Hawking y, aunque se ha recreado en análogos de laboratorio, el mecanismo por el cual extrae energía de un agujero negro, conocido como reacción inversa, sigue siendo difícil de alcanzar.
Ahora, en un agujero negro análogo hecho, irónicamente, de luz, un equipo de físicos dirigido por Lorenzo Procopio de la Universidad de Paderborn en Alemania ha observado una reacción análoga a la radiación de Hawking.
Sus hallazgos han sido publicados en la revista Nature.
“Esto simplifica la comprensión teórica y abre nuevas formas de calcular los efectos en este tipo de sistemas”, afirma Procopio. “Esto podría incluso arrojar luz sobre cómo surge la radiación de Hawking en el contexto de la gravedad”.
Los agujeros negros son los objetos más extraños y extremos del Universo.
Son tan increíblemente densos que, una vez que te acercas lo suficiente, no hay forma de escapar de su atracción gravitacional.
Piense en un cohete que sale de la Tierra. Necesita alcanzar una cierta velocidad conocida como velocidad de escape para liberarse de la gravedad del planeta.
Desde un agujero negro, no hay nada en el Universo que pueda alcanzar la velocidad de escape, ni siquiera la luz. La distancia desde el centro de un agujero negro que marca el punto más allá del cual la luz ya no puede escapar es el horizonte de sucesos.
La radiación de Hawking, propuesta por primera vez por el físico Stephen Hawking en 1974, es una radiación de cuerpo negro que se prevé que surja de efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro.
Sin embargo, si bien la radiación de Hawking es una predicción sólida y ampliamente aceptada de la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvo, sigue siendo una cuestión abierta exactamente cómo se transfiere la energía del agujero negro a la radiación.
El gran problema es el mismo que siempre tenemos con los agujeros negros: la observación directa de la radiación de Hawking es actualmente imposible. De hecho, se espera que la señal sea tan débil que tal vez nunca podamos separarla de la radiación de fondo que impregna el Universo.
Aquí es donde los físicos se vuelven creativos.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>En lugar de estudiar los agujeros negros directamente, construyen sistemas de laboratorio que obedecen a la misma física subyacente.
Algunos son sorprendentemente simples, como el agua que se arremolina por un desagüe para imitar el flujo del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro. Otros utilizan condensados o cadenas de átomos de Bose-Einstein ultrafríos para recrear la física de un horizonte de sucesos.
El análogo utilizado para este estudio fue uno desarrollado hace más de una década por el coautor del estudio Ulf Leonhardt del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel.
Utiliza pulsos láser ultrarrápidos que viajan a través de una fibra óptica con un patrón especial. Un pulso cambia las propiedades ópticas de la fibra lo suficiente como para crear el análogo de un horizonte de eventos para el segundo pulso.
Experimentos anteriores que utilizaron esta configuración recrearon la propia radiación de Hawking. Esta vez, los investigadores buscaban algo más sutil: la pequeña reacción inversa que revela cómo se transfiere la energía desde el agujero negro analógico a la radiación que emite.
Para comprender la reacción inversa, podría ser útil pensar en Newton por un segundo.
Imagínese que usted y un amigo están ambos en patines. Si alejas a tu amigo, él rodará hacia adelante, pero tú también retrocederás. Cada acción tiene una reacción: la tercera ley del movimiento de Newton.
La reacción inversa es la versión análoga de ese retroceso del agujero negro. A medida que la radiación de Hawking se lleva la energía, el sistema que la creó debe ceder una cantidad equivalente de energía. Detectar esa pequeña pérdida de energía es lo que intentaban hacer los investigadores.
Cuando enviaron los pulsos láser a través de la fibra óptica, los investigadores no miraban al amigo que se alejaba rodando. Buscaban el efecto del empujón sobre el empujador: un pequeño cambio en el pulso láser que había generado la radiación análoga de Hawking.
Lo encontraron y aquí es donde surgió la sorpresa.
Anteriormente, los físicos pensaban que la radiación de Hawking observada en los análogos de los agujeros negros emergía a través de una compleja cascada de interacciones ópticas. En cambio, los nuevos resultados apuntan a un proceso único y directo que explica naturalmente tanto la radiación como la reacción inversa.
“Nuestro experimento y la teoría subyacente muestran que la radiación de Hawking es el resultado de un proceso directo, si la interacción entre la radiación y el equivalente del campo gravitacional es bicuadrática”, escriben los investigadores en su artículo.
“Tal vez los agujeros negros astrofísicos irradian mediante un proceso tan simple y directo como el nuestro. La reacción inversa resultante describiría con detalle microscópico cómo se evaporan los agujeros negros”.
Es probable que observar el mismo proceso alrededor de un agujero negro real siga siendo imposible en el futuro previsible.
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Pero si el mecanismo aparece en otros tipos de análogos de agujeros negros, reforzaría el argumento de que los investigadores han identificado algo fundamental sobre la propia radiación de Hawking.
De ser así, podría ayudar a resolver algunos de los problemas más espinosos de la física teórica de los agujeros negros.
“Todo esto podría arrojar luz sobre la paradoja de la información”, escriben los investigadores, “un problema con el que Hawking luchó hasta su último artículo de 2018”.
El nuevo artículo ha sido publicado en Nature.
Este artículo fue verificado por Jess Cockerill y editado por Michael Irving. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.