Los agujeros negros son regiones en el espacio donde la gravedad es muy fuerte, tan fuerte que nada de lo que entra en ellos puede escapar. incluida la luz. Las predicciones teóricas sugieren que existe un radio alrededor de los agujeros negros conocido como horizonte de eventos. Una vez que algo pasa por el horizonte de eventos, ya no puede escapar de un agujero negro, a medida que la gravedad se vuelve más fuerte a medida que se acerca a su centro.

El físico teórico Stephen Hawking predijo que si bien nada puede escapar de su interior, los agujeros negros emiten espontáneamente una cantidad limitada de luz, que se conoce como radiación de Hawking. Según sus predicciones, esta radiación es espontánea (es decir, surge de la nada) y estacionario (es decir, su intensidad no cambia mucho con el tiempo).

Investigadores del Technion-Israel Institute of Technology han llevado a cabo recientemente un estudio destinado a probar las predicciones teóricas de Hawking. Más específicamente, examinaron si el equivalente de la radiación de Hawking en un "agujero negro artificial" creado en un laboratorio era estacionario.

"Si te adentras en el horizonte de eventos, no hay forma de salir incluso para la luz, "Jeff Steinhauer, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "La radiación de Hawking comienza justo fuera del horizonte de eventos, donde la luz apenas puede escapar. Eso es realmente extraño porque no hay nada ahí; es un espacio vacío. Sin embargo, esta radiación comienza de la nada sale, y va hacia la Tierra ".

El agujero negro artificial creado por Steinhauer y sus colegas tenía aproximadamente 0,1 milímetros de largo y estaba hecho de un gas compuesto por 8000 átomos de rubidio. que es un número relativamente bajo de átomos. Cada vez que los investigadores le tomaron una foto, el agujero negro fue destruido. Para observar su evolución en el tiempo, así tenían que producir el agujero negro, hazle una foto y luego crea otra. Este proceso se repitió muchas veces, por meses.

La radiación de Hawking emitida por este agujero negro analógico está formada por ondas sonoras, en lugar de ondas de luz. Los átomos de rubidio fluyen más rápido que la velocidad del sonido, por lo que las ondas sonoras no pueden alcanzar el horizonte de sucesos y escapar del agujero negro. Fuera del horizonte de eventos, sin embargo, el gas fluye lentamente, para que las ondas sonoras se muevan libremente.

"El rubidio fluye rápido, más rápido que la velocidad del sonido, y eso significa que el sonido no puede ir contra la corriente, "Steinhauer explicó." Digamos que estabas tratando de nadar contra la corriente. Si esta corriente va más rápido de lo que puedes nadar, entonces no puedes seguir adelante, te empujan hacia atrás porque el flujo se mueve demasiado rápido y en la dirección opuesta, así que estás atascado. Eso es lo que sería estar atrapado en un agujero negro y tratar de alcanzar el horizonte de eventos desde adentro ".

Según las predicciones de Hawking, la radiación emitida por los agujeros negros es espontánea. En uno de sus estudios anteriores, Steinhauer y sus colegas pudieron confirmar esta predicción en su agujero negro artificial. En su nuevo estudio, se propusieron investigar si la radiación emitida por su agujero negro también es estacionaria (es decir, si permanece constante en el tiempo).

"Se supone que un agujero negro irradia como un cuerpo negro, que es esencialmente un objeto cálido que emite una radiación infrarroja constante (es decir, radiación de cuerpo negro), ", Dijo Steinhauer." Hawking sugirió que los agujeros negros son como estrellas regulares, que irradian un cierto tipo de radiación todo el tiempo, constantemente. Eso es lo que queríamos confirmar en nuestro estudio, y lo hicimos ".

La radiación de Hawking está compuesta por pares de fotones (es decir, partículas de luz):una que emerge de un agujero negro y otra que vuelve a caer en él. Al intentar identificar la radiación de Hawking emitida por el agujero negro analógico que crearon, Steinhauer y sus colegas buscaron pares similares de ondas sonoras, uno saliendo del agujero negro y otro entrando en él. Una vez que identificaron estos pares de ondas sonoras, los investigadores intentaron determinar si existían las llamadas correlaciones entre ellos.

"Tuvimos que recopilar muchos datos para ver estas correlaciones, ", Dijo Steinhauer." Por lo tanto, tomamos 97, 000 repeticiones del experimento; un total de 124 días de medición continua ".

En general, los hallazgos parecen confirmar que la radiación emitida por los agujeros negros es estacionaria, como predijo Hawking. Si bien estos hallazgos se aplican principalmente al agujero negro analógico que crearon, Los estudios teóricos podrían ayudar a confirmar si también se pueden aplicar a agujeros negros reales.

"Nuestro estudio también plantea preguntas importantes, porque observamos toda la vida útil del agujero negro analógico, lo que significa que también vimos cómo comenzó la radiación de Hawking, "Dijo Steinhauer." En estudios futuros, uno podría intentar comparar nuestros resultados con predicciones de lo que sucedería en un agujero negro real, para ver si la radiación de Hawking 'real' comienza de la nada y luego se acumula, como hemos observado ".

En algún momento durante los experimentos de los investigadores, la radiación que rodeaba su agujero negro analógico se volvió muy fuerte, como el agujero negro formó lo que se conoce como un "horizonte interior". Además del horizonte de eventos, La teoría de la relatividad general de Einstein predice la existencia de un horizonte interior, un radio dentro de los agujeros negros que delimita una región más cercana a su centro.

En la región dentro del horizonte interior, la atracción gravitacional es mucho menor, por lo tanto, los objetos pueden moverse libremente y ya no son arrastrados hacia el centro del agujero negro. Sin embargo, todavía no pueden salir del agujero negro, ya que no pueden atravesar el horizonte interior en la dirección opuesta (es decir, dirigiéndose hacia el horizonte de eventos).

"Esencialmente, el horizonte de sucesos es la esfera exterior de un agujero negro, y dentro de ella, hay una pequeña esfera llamada horizonte interior, "Steinhauer dijo." Si caes por el horizonte interior, entonces sigues atrapado en el agujero negro, pero al menos no sientes la extraña física de estar en un agujero negro. Estarías en un entorno más 'normal' como el tirón de la gravedad sería menor, para que no lo sintieras más ".

Algunos físicos han predicho que cuando un agujero negro analógico forma un horizonte interior, la radiación que emite se vuelve más fuerte. Curiosamente, esto es exactamente lo que sucedió en el agujero negro analógico creado por los investigadores de Technion. Por tanto, este estudio podría inspirar a otros físicos a investigar el efecto de la formación de un horizonte interior sobre la intensidad de la radiación de Hawking de un agujero negro.

© 2021 Science X Network