¿Cómo "funcionan" los agujeros negros?
Los agujeros negros son regiones en el espacio donde la gravedad es muy fuerte.
En un agujero negro normal, la radiación de Hawking aparece cuando hay un suceso cerca del horizonte de sucesosUn par de partículas virtuales, que se convierte en un par partícula-antipartícula.sobre el horizonte, y el otro se va volando.
¿Qué predijo Hawking?
El físico teórico Stephen Hawking predijo:aunque nada puede salir de los agujeros negros, ellos mismos emiten espontáneamente una cantidad limitada de luz. Se conoce como radiación de Hawking. Según las predicciones del físico, esta radiación es espontánea (es decir, surge de la nada) y estacionaria (es decir, su intensidad no cambia mucho con el tiempo).
La radiación de Hawking es el principal argumento de los científicos con respecto a la desintegración (evaporación) de los pequeños agujeros negros, que teóricamente pueden Este efecto es la base de la idea de un reactor singular, un dispositivo para obtener energía de un agujero negro por medio deRadiación de Hawking.
Autor: Maximilien Brice, CERN — Servidor de documentos del CERN, CC BY-SA 3.0
En una discusión con Y. Zeldovich, V. Gribov insistió en que, gracias al efecto túnel cuántico, los agujeros negros deberían emitir partículas. Incluso antes de la publicación de su trabajo, Hawking visitó Moscú en 1973, donde se reunió con los científicos soviéticos Yakov Zeldovich y Alexei Starobinsky.Demostraron a Hawking que, de acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros giratorios deberían dar lugar a partículas y emitirlas.
Según las predicciones de Hawking, la radiación del negroel agujero es espontáneo. En su nuevo estudio, los científicos se propusieron averiguar si la radiación emitida por su agujero negro también es estacionaria (es decir, si permanece constante en el tiempo).
¿Qué descubrieron los científicos?
Investigadores de Israel TechEl Instituto Technion realizó recientemente una investigación destinada a probar las predicciones teóricas de Hawking. En particular, investigaron si el equivalente a la radiación de Hawking en un "agujero negro artificial" creado en condiciones de laboratorio era estacionario.
Si entras en el horizonte de sucesos, no puedes salir de aquí ni siquiera por la luz.La radiación de Hawking comienza justo más allá del horizonte de sucesos, desde donde la luz apenas puedeEs muy raro porque no hay nada allí; Es un espacio vacío.Pero esta radiación comienza de la nada, sale a la Tierra.
Jeff Steinhauer, uno de los investigadores, en una entrevista con ScienceX
¿Cómo crearon los científicos un agujero negro artificial?
Agujero negro artificial creado por los israelíescientíficos, tenía una longitud de aproximadamente 0,1 mm y estaba hecho de un gas que constaba de 8.000 átomos de rubidio. Este es un número relativamente pequeño de átomos. Cada vez que los investigadores lo fotografiaban, el agujero negro colapsaba. Por lo tanto, para observar su evolución en el tiempo, tuvieron que crear un agujero negro, fotografiarlo y luego crear otro. Este proceso se repitió muchas veces a lo largo de meses.
Un agujero negro analógico creado por investigadores. Crédito: Kolobov et al.
Radiación de Hawking emitida por este análogoagujero negro, consta de ondas sonoras, no de luz. Los átomos de rubidio se mueven más rápido que la velocidad del sonido, por lo que las ondas sonoras no pueden alcanzar el horizonte de eventos y escapar del agujero negro. Sin embargo, fuera del horizonte de eventos, el gas fluye lentamente, por lo que las ondas sonoras pueden moverse libremente.
El rubidio fluye rápido, más rápido que la velocidad del sonido, yesto significa que el sonido no puede ir contra la corriente. Digamos que una persona está tratando de nadar contra la corriente. Si esta corriente se mueve más rápido de lo que él puede nadar, entonces es simplemente imposible avanzar. El nadador es constantemente empujado hacia atrás: la corriente se mueve demasiado rápido y en la dirección opuesta. Como resultado, una persona se queda atrapada en un lugar. Así es estar atrapado en un agujero negro e intentar alcanzar el horizonte de sucesos desde dentro.
La radiación de Hawking está formada por parfotones (es decir, partículas de luz): sale unoAl tratar de identificar la radiación de Hawking emitida por un agujero negro analógico, los científicos buscaron pares similares de ondas sonoras, una que salía del agujero negro y la otra que se movía hacia él.Una vez que identificaron estos pares de ondas sonoras, los investigadores trataron de determinar si habíaLos físicos repitieron su experimento 97.000 veces, lo que equivale a 124 días de mediciones continuas. Como resultado, los investigadores encontraron que el análogo del agujero negro tiene unun par de ondas sonoras, y también confirmó la correlación entre ellas.
En general, los resultados parecen confirmar quela radiación emitida por los agujeros negros es estacionaria, como predijo Hawking. Si bien estos resultados están relacionados principalmente con el agujero negro analógico que crearon, los estudios teóricos pueden ayudar a confirmar si se pueden aplicar a agujeros negros reales.
¿Cuál es el resultado final?
El hecho es que pudieron observar toda la vida de un agujero negro analógico y ver cómo comenzó la radiación de Hawking.En estudios futuros, puedes intentar comparar los resultados del trabajo con las predicciones sobre lo que sucederáDe esta manera, los científicos podrán ver si la radiación "real" de Hawking comienza desde cero y luego aumenta, como observaron los físicos durante el experimento.
Un agujero negro real tiene dos horizontes:el exterior es el horizonte de eventos (más precisamente, el horizonte de visibilidad) y el interior es el horizonte de Cauchy. Entre los dos horizontes hay una región T, donde el movimiento de cualquier objeto es posible solo en una dirección: la luz, la partícula o la persona solo se moverán hacia adentro. Las fuerzas de marea aumentarán a medida que se mueva en esta área hacia el horizonte interior de Cauchy. Sorprendentemente, debajo de él, el movimiento del objeto hacia el centro se ralentiza drásticamente (en cierto sentido, en las coordenadas que acompañan al objeto en sí).
Después de detenerse en la instalación del asistentecoordenadas, comienza a empujar hacia afuera, hacia otro universo (la topología de los agujeros negros reales no es trivial, hay una conexión entre diferentes universos y el objeto debe ser empujado hacia otro universo). En el punto de parada (también llamado punto de inflexión, punto de la garganta), hay fuerzas de marea máximas para un agujero negro dado, un objeto dado y las condiciones iniciales para la caída de este objeto (en otras condiciones, este máximo será diferente , pero siempre finito).
En el área dentro del horizonte interiorla atracción gravitacional es mucho menor, por lo que los objetos pueden moverse libremente y ya no son atraídos por el centro del agujero negro. Sin embargo, todavía no pueden salir del agujero negro porque no pueden atravesar el horizonte interior en la dirección opuesta (es decir, dirigiéndose hacia el horizonte de eventos).
Esencialmente, el horizonte de eventos es la esfera exterior.agujero negro, y dentro de él hay una pequeña esfera llamada horizonte interior. Si una persona cae más allá del horizonte interior, seguirá atrapada en un agujero negro. Pero al menos no sentirá la impensable física de estar en él. La persona se encontrará en un entorno más “normal”, ya que la fuerza de gravedad será menor y ya no será posible sentirla.
Algunos físicos han predicho que cuandoel 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 del Technion. Por lo tanto, este estudio puede inspirar a otros físicos a estudiar el efecto de la formación del horizonte interno en la intensidad de la radiación de Hawking.
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