En 1974, Stephen Hawking teorizó que los gigantes gravitacionales más oscuros del universo, los agujeros negros, no eran los astrónomos devoradores de estrellas que los astrónomos imaginaban, sino luz emitida espontáneamente, un fenómeno que ahora se llama radiación de Hawking.
El problema es que ningún astrónomo ha observado jamás la misteriosa radiación de Hawking y, dado que se predice que será muy débil, es posible que nunca lo haga. Es por eso que los científicos de hoy están creando sus propios agujeros negros.
Los investigadores del Instituto de Tecnología Technion-Israel han hecho precisamente eso. Crearon un agujero negro análogo a partir de unos pocos miles átomos. Intentaban confirmar dos de las predicciones más importantes de Hawking, que la radiación de Hawking surge de la nada y no cambia de intensidad con el tiempo, lo que significa que es estacionaria.
“Un agujero negro debe irradiar como un cuerpo negro, que es esencialmente un objeto caliente que emite una constante radiación infrarroja, “coautor del estudio Jeff Steinhauer, profesor asociado de física en el Technion-Israel Institute of Technology, dijo en un comunicado. “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”.
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El horizonte de eventos
LA gravedad de un agujero negro es tan poderoso que ni siquiera la luz puede escapar de su alcance, ya que un fotón, o partícula de luz, cruza más allá de su punto de no retorno, llamado Horizonte de eventos. Para escapar de este límite, una partícula tendría que romper las leyes de la física y viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Hawking demostró que si bien nada que cruza el horizonte de sucesos puede escapar, los agujeros negros aún pueden emitir luz de forma espontánea desde la frontera, gracias a la mecánica cuántica y algo llamado “partículas virtuales”.
Como explica Heisenberg principio de incertidumbre, incluso el vacío completo del espacio está lleno de pares de partículas “virtuales” que entran y salen de la existencia. Estas partículas fugaces con energías opuestas suelen aniquilarse casi de inmediato. Pero debido a la atracción gravitacional extrema en el horizonte de eventos, Hawking sugirió que los pares de fotones podrían separarse, con una partícula absorbida por el agujero negro y la otra escapando al espacio. El fotón absorbido tiene energía negativa y resta energía en forma de masa del agujero negro, mientras que el fotón escapado se convierte en radiación de Hawking. Solo con eso, con suficiente tiempo (mucho más que la edad del universo), un agujero negro podría evaporarse por completo.
“La teoría de Hawking fue revolucionaria porque combinó la física de la teoría cuántica de campos con la teoría general relatividad, “La teoría de Einstein que describe cómo se deforma la materia Tiempo espacial, Dijo Steinhauer a WordsSideKick.com. “Todavía está ayudando a la gente a buscar nuevas leyes de la física al estudiar la combinación de estas dos teorías en un ejemplo físico. A la gente le gustaría comprobar esta radiación cuántica, pero es muy difícil con un agujero negro real porque la radiación de Hawking es muy débil”. en comparación con la radiación de fondo del espacio “.
Este problema inspiró a Steinhauer y sus colegas a crear su propio agujero negro, un agujero negro más seguro y mucho más pequeño que el real.
Agujero negro hazlo tu mismo
El agujero negro que creció en el laboratorio de los investigadores se hizo a partir de un flujo de gas de aproximadamente 8.000 rubidio los átomos se enfriaron casi hasta el cero absoluto y se mantuvieron en su lugar mediante un rayo láser. Crearon un estado misterioso de la materia, conocido como Condensado de Bose-Einstein (BEC), que permite que miles de átomos actúen juntos al unísono como si fueran un solo átomo.
Usando un segundo rayo láser, el equipo creó un acantilado de energía potencial, lo que hizo que el gas fluyera como agua que fluye por una cascada, creando así un horizonte de eventos donde la mitad del gas fluía más rápido que el velocidad del sonido, la otra mitad más lenta. En este experimento, el equipo buscaba pares de fonones u ondas de sonido cuánticas, en lugar de pares de fotones, que se formaban espontáneamente en el gas.
Un fonón en la mitad más lenta podría viajar contra el flujo de gas, alejándose del acantilado, mientras que el fonón en la mitad más rápida quedó atrapado por la velocidad del flujo de gas supersónico, explicó Steinhauer. “Es como intentar nadar contra una corriente que es más rápida de lo que se puede nadar. [That’s] al igual que estar en un agujero negro, una vez dentro, es imposible llegar al horizonte. “
Una vez que encontraron estos pares de fonones, los investigadores tuvieron que confirmar si estaban correlacionados y si la radiación de Hawking permanecía constante a lo largo del tiempo (si era estacionaria). Este proceso fue complicado porque cada vez que tomaron una fotografía del agujero negro, fue destruido por el calor creado en el proceso. Así, el equipo repitió su experimento 97.000 veces, realizando más de 124 días de mediciones continuas para encontrar las correlaciones. Al final, su paciencia valió la pena.
“Demostramos que la radiación de Hawking era estacionaria, lo que significa que no ha cambiado con el tiempo, que es exactamente lo que predijo Hawking”, dijo Steinhauer.
Los investigadores detallaron sus hallazgos el 4 de enero en la revista. Física de la naturaleza.
Publicado originalmente en Live Science.
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