Uno de los mensajes más profundos que Stephen Hawking dejó a la humanidad es que nada dura para siempre y, por fin, los científicos podrían estar preparados para demostrarlo.
Esta idea fue transmitida por lo que posiblemente fue Hawking Trabajo más importante: la hipótesis de que los agujeros negros “dejan escapar” radiación térmica, evaporándose en el proceso y poniendo fin a su existencia con una explosión final. Esta radiación eventualmente llegaría a ser conocida como “Radiación de Hawking” en honor al gran científico. Sin embargo, hasta el día de hoy, es un concepto que permanece sin detectar y es puramente hipotético. Pero ahora, algunos científicos creen que pueden haber encontrado una manera de cambiar eso finalmente; tal vez pronto estemos en el camino hacia la consolidación. La radiación de Hawking como un hecho.
El equipo sugiere que, cuando los agujeros negros más grandes colisionan y se fusionan catastróficamente, pequeños y calientes agujeros negros pueden ser lanzados al espacio, y esa podría ser la clave.
Es importante destacar que Hawking había dicho que cuanto más pequeño fuera el agujero negro, más rápido perdería radiación de Hawking. Entonces, agujeros negros supermasivos con masas de millones o miles de millones de veces, la del sol teóricamente tardaría más de lo previsto vida del cosmos “gotear” completamente. En otras palabras, ¿cómo podríamos detectar una fuga de tan inmensa duración? Bueno, tal vez no podamos, pero cuando se trata de estos bocados de agujeros negros con masa de asteroide, denominados “Bocconcini di Buchi Neri” en italiano, podemos tener suerte.
Pequeños agujeros negros como estos podrían evaporarse y explotar en una escala de tiempo que, de hecho, es observable para los humanos. Además, el final de la vida de estos agujeros negros debería estar marcado por una señal característica, dice el equipo, que indica su deflación y muerte por la fuga de radiación de Hawking.
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“Hawking predijo que los agujeros negros se evaporan emitiendo partículas”, Francesco Sannino, dijo a Space.com un científico detrás de esta propuesta y físico teórico de la Universidad del Sur de Dinamarca. “Nos propusimos estudiar esto y el impacto observacional de la producción de muchos trozos de agujeros negros, o ‘Bocconcini di Buchi Neri’, que imaginamos que se formarían durante un evento catastrófico como la fusión de dos agujeros negros astrofísicos”.
Los pequeños agujeros negros no pueden mantener la calma
El origen de la radiación de Hawking se remonta a un Carta de 1974 escrita por Stephen Hawking llamado “¿Explosiones de agujeros negros?” que fue publicado en Nature. La carta surgió cuando Hawking consideró las implicaciones de física cuántica sobre el formalismo de los agujeros negros, fenómenos que surgen de La teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Esto fue interesante porque la teoría cuántica y la relatividad general son dos teorías que se resisten notoriamente a la unificación, incluso hoy.
La radiación de Hawking ha seguido siendo preocupante y no ha sido detectada durante 50 años por dos posibles razones: en primer lugar, es posible que la mayoría de los agujeros negros no emitan esta radiación térmica en absoluto y, en segundo lugar, si lo hacen, es posible que no sean detectables. Además, en general, los agujeros negros son objetos muy extraños para empezar y, por tanto, complejos de estudiar.
“Lo que es alucinante es que agujeros negros tienen temperaturas que son inversamente proporcionales a sus masas. Esto significa que cuanto más masivos son, más fríos son, y cuanto menos masivos son, más calientes”, dijo Sannino.
Incluso en las regiones más vacías del espacio, encontrará temperaturas de alrededor de -454 grados Fahrenheit (menos 270 grados Celsius). Esto se debe a un campo uniforme de radiación que quedó justo después del Big Bang, llamado “fondo cósmico de microondas” o “CMB”. A este campo también se le suele llamar “fósil cósmico”, debido a lo absolutamente antiguo que es. Además, según la segunda ley de la termodinámicael calor no debería poder fluir de un cuerpo más frío a un cuerpo más caliente.
“Agujeros negros “Los más pesados que unas pocas masas solares son estables porque son más fríos que el CMB”, dijo Sannino. “Por lo tanto, se espera que sólo los agujeros negros más pequeños emitan radiación de Hawking que potencialmente podría observarse”.
El autor de la investigación, Giacomo Cacciapaglia, del Centro Nacional Francés de Investigación Científica, dijo a Space.com que, debido a que la gran mayoría de los agujeros negros en el universo actual son de origen astrofísico, con masas que exceden algunas veces la del sol, no pueden emitir radiación de Hawking observable. .
“Sólo los agujeros negros más ligeros que el luna puede emitir radiación de Hawking. Proponemos que este tipo de agujero negro pueda producirse y expulsarse durante una fusión de agujeros negros y comenzar a irradiar inmediatamente después de su producción”, añadió Cacciapaglia. “Los trozos de agujeros negros se producirían en grandes cantidades en las proximidades de una fusión de agujeros negros”.
Sin embargo, estos agujeros negros son demasiado pequeños para crear efectos que permitan visualizarlos directamente, como el Telescopio del horizonte de eventos ha estado haciendo por agujeros negros supermasivos centrándose en el material brillante que rodea tdobladillo.
El equipo sugiere que existe una firma única que podría usarse para indicar la existencia de estos pequeños agujeros negros. Esto vendría en forma de una poderosa explosión de radiación de alta energía llamada explosión de rayos gamma ocurriendo en la misma región del cielo donde se ha detectado una fusión de agujeros negros.
Los investigadores dijeron que estos agujeros negros de Bocconcini di Buchi Neri irradiarían radiación de Hawking cada vez más rápido a medida que pierden masa, acelerando sus desapariciones explosivas. Aquellos que poseen masas de alrededor de 20.000 toneladas tardarían aproximadamente 16 años en evaporarse, mientras que ejemplos de pequeños agujeros negros con masas de al menos 100.000 kilotones durarían potencialmente hasta cientos de años.
La evaporación y destrucción de los trozos produciría fotones que excederían el rango de energía del billón de electronvoltios (TeV). Para tener una idea de cuán energético es esto, Sannino dijo que el CERN Gran Colisionador de Hadrones (LHC) En Europa, el mayor acelerador de partículas del planeta, colisiona frontalmente protones con una energía total de 13,6 TeV.
Sin embargo, los investigadores tienen una idea de cómo detectar estos pequeños agujeros negros mientras se evaporan. En primer lugar, las fusiones de agujeros negros podrían detectarse mediante la emisión de ondas gravitacionalesque son pequeñas ondas en el espacio-tiempo predichas por Einstein, emitidas cuando los objetos chocan.
Luego, los astrónomos podrían dar seguimiento a esas fusiones con telescopios de rayos gamma, como el Observatorio de rayos gamma Cherenkov de agua a gran altitud, que puede detectar fotones con energías entre 100 gigaelectrones voltios (GeV) y 100 TeV.
El equipo reconoce que queda un largo camino por recorrer antes de que se pueda confirmar la existencia de pequeños agujeros negros y, por lo tanto, aún queda un largo camino por recorrer antes de que podamos validar la radiación de Hawking de una vez por todas.
“Como se trata de una idea nueva, queda mucho trabajo por hacer. Planeamos modelar mejor la emisión de radiación de Hawking a altas energías más allá de la escala TeV, donde nuestro conocimiento de la física de partículas se vuelve menos seguro, y esto implicará colaboraciones experimentales. en la búsqueda de estas firmas únicas dentro de su conjunto de datos”, concluyó Cacciapaglia. “A más largo plazo, planeamos investigar en detalle la producción de fragmentos durante eventos astrofísicos catastróficos, como fusiones de agujeros negros”.
La investigación del equipo está disponible como documento preimpreso en el repositorio. arXiv.