Las partículas se escapan y los agujeros negros se evaporan: ¿es posible que los agujeros negros sean aniquilados debido a la radiación de Hawking?

Todas las cosas eventualmente perecerán.

¿Y cómo pueden los agujeros negros (enormes vacíos escondidos en la oscuridad) ser la excepción?

En primer lugar, un agujero negro no es completamente negro en su significado literal. En segundo lugar, los agujeros negros mueren, pero su desaparición suele ir acompañada de un resplandor glorioso.

A través de millones o incluso miles de millones de años de radiación térmica, la masa de un agujero negro irá disminuyendo gradualmente hasta que no quede nada. Este proceso de radiación térmica es lo que llamamos radiación de Hawking.

Espera un momento... ¿qué?

¿No debería un agujero negro absorber toda la materia circundante y la radiación electromagnética? ¿Por qué hay radiación repentina? ¿Está lleno?

Si solo utilizamos la física clásica para resolver esta situación, la respuesta es simple: sí, el agujero negro está lleno. Pero partiendo del nivel cuántico, los resultados que obtenemos son diferentes.

Los cuerpos negros pueden absorber toda la radiación dirigida a ellos y reirradiarla al mundo exterior, y la radiación reemitida es radiación de cuerpo negro. La intensidad de la radiación del cuerpo negro es proporcional a la temperatura del cuerpo negro. Dado que la energía térmica se distribuye uniformemente sobre un objeto, cuanto mayor sea la masa de un objeto, menor será su temperatura general.

Por tanto, se puede decir que sólo un cuerpo negro con una masa pequeña tendrá una temperatura lo suficientemente alta como para liberar una radiación considerable.

Todos sabemos que los agujeros negros tienen una enorme atracción gravitacional. En términos generales, la atracción gravitacional de un agujero negro es tan fuerte que nada puede escapar de su alcance, ni siquiera la radiación electromagnética.

Y a medida que nos alejemos cada vez más del agujero negro, el efecto gravitacional será cada vez más débil. En este momento, tenemos que utilizar la física cuántica para estudiar partículas pequeñas sin masa, de modo que se pueda ignorar la influencia de la gravedad. La radiación del cuerpo negro se produce debido a efectos cuánticos.

La teoría cuántica suele ignorarse cuando es necesario considerar la gravedad, pero Hawking descubrió que en el horizonte de sucesos de un agujero negro (un límite que una vez cruzado, no hay retorno, es decir, la enorme fuerza gravitacional generado por un objeto masivo hace que no se pueda escapar), y las fluctuaciones cuánticas producirán partículas virtuales (las partículas virtuales exhibirán algunas características de las partículas normales, pero su existencia está limitada por el principio de incertidumbre, que se analizará brevemente más adelante). Estas partículas virtuales producen radiación de Hawking.

La física cuántica señala que el vacío no es espacio vacío.

Esto puede resultar difícil de entender, pero debido al principio de incertidumbre, pares de partículas y antipartículas aparecerán y desaparecerán repetidamente en el vacío, zumbando.

El innovador principio de incertidumbre propuesto por el físico teórico alemán Heisenberg señala que para una partícula microscópica con masa insignificante, es imposible medir con precisión su posición y su impulso al mismo tiempo. La física cuántica moderna se basa en esta base.

¿Cómo puede ayudarnos esta teoría?

Por supuesto.

El principio de incertidumbre de Heisenberg confirma la existencia de partículas virtuales. Aunque no puedan observarse directamente, pueden existir en todos los aspectos de la física cuántica.

Para mantener la estabilidad del espacio, las partículas virtuales aparecen en pares como partículas de energía positiva y partículas de energía negativa (es decir, partículas y antipartículas), y aparecen y desaparecen a velocidades exponenciales.

Por ejemplo, cuando una partícula de un par está lo suficientemente cerca del horizonte de sucesos y es absorbida, y la otra partícula escapa, la partícula que escapa también escapa a su destino de aniquilación. En este momento, la partícula virtual que escapa se convierte en una partícula real. Debido a que las partículas reales que se escapan no pueden tener energía negativa, según la ley de conservación de la energía, las partículas inhaladas deben ser antipartículas con energía negativa.

Por tanto, la radiación de Hawking se refiere al escape de partículas positivas. Percibimos objetos cuando sus superficies reflejan luz o cuando ellos mismos emiten radiación. Del mismo modo, los agujeros negros también brillan ligeramente debido a la radiación de Hawking, por eso decimos que los agujeros negros no son completamente negros.

Después de entender que los agujeros negros no son completamente negros, hablemos de cómo se reduce la masa de los agujeros negros.

Si las partículas que se escapan hacen que el agujero negro sea "menos negro", entonces la masa reducida del agujero negro debe estar relacionada con las partículas negativas que inhala.

Las masas de estas partículas negativas también lo son. Por poco realista que parezca, la masa negativa reduce la energía cinética total del agujero negro mediante la emisión de fotones. La masa negativa se comporta de manera inversa a la masa clásica o inercial, que, a diferencia de la masa positiva, repele todas las demás formas de masa.

Después de saber cómo morirán los agujeros negros, permítanme añadir que probablemente sea imposible confirmar la hipótesis de Hawking.

Esto se debe a que los agujeros negros masivos que teóricamente existen en el universo tienen temperaturas extremadamente bajas. Como se mencionó anteriormente, la radiación de un cuerpo negro depende de la temperatura del cuerpo negro y la radiación de baja intensidad es difícil de observar. El agujero negro en sí es una existencia de gran masa y pequeño volumen. Según el razonamiento de la astrofísica, ¡los agujeros negros de pequeña masa no deberían existir con exactitud!

Los astrónomos publicaron el 10 de abril las primeras fotografías de estos monstruos devoradores de estrellas, esparcidos por el universo y oscurecidos por una barrera de gravedad insuperable. La imagen, que muestra un núcleo negro rodeado por un halo de plasma y gas con llamas de color naranja, se ve completamente diferente de las representaciones de cualquier artista, para consternación del público en general. Pero esta vez es verdad. Una flota de radiotelescopios documentó permanentemente el agujero negro supermasivo. Está en una galaxia llamada M87, a 53,5 millones de años luz de nosotros, tiene una masa de unos 6.500 millones de veces la del Sol y puede contener todo el sistema solar.

No eres el único que está descontento con tus fotos.

Pero déjame decirte que para obtener una imagen de esta resolución necesitaríamos un telescopio del tamaño de la Tierra, y eso no es práctico. Los científicos utilizaron ocho telescopios en todo el mundo para observar simultáneamente las ondas de radio emitidas por el agujero negro. Al superponer las imágenes capturadas mientras la Tierra gira, es posible simular lo que se observaría con un telescopio del tamaño de la Tierra. Pero el agujero negro en M87 no es el único agujero negro que los científicos han observado a 26.000 años luz de distancia: también se está observando Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea. Aunque más cerca, este agujero negro tiene sólo 4 millones de veces la masa del sol y no es tan activo, por lo que llevará un tiempo observarlo completamente con telescopios.

Debido al enorme tamaño de los agujeros negros, observar la radiación de Hawking no debería ser práctico, pero a juzgar por las tendencias recientes, hay más descubrimientos a la vuelta de la esquina.

1.WJ Encyclopedia

2. Términos de astronomía

3.Dev Lunawat- Taroro

Universidad Estatal de Georgia

Universidad de California, Riverside

Scholarpedia

Science

The Review

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