En 1974, el difunto Stephen Hawking argumentó en un estudio ahora famoso que, además de la masa y el espín, los agujeros negros pueden caracterizarse por una temperatura única. También afirmó que los agujeros negros no solo devoran materia, sino que también emiten radiación. Investigadores del Instituto de Tecnología de Israel se han propuesto probar esta teoría mediante la creación de un agujero negro análogo en el laboratorio. Los resultados coincidieron con las predicciones de Hawkings, dando más credibilidad a la teoría.

Crédito: Pixabay.

Un agujero negro se define como una región del espacio-tiempo cuya gravedad extremadamente fuerte impide que cualquier cosa, incluida la luz, escape. Básicamente, esto significa que no podemos ver un agujero negro directamente, aunque este año los astrónomos capturaron una imagen del horizonte de eventos de un agujero negro (el límite brillante y arremolinado del agujero negro). Los científicos confían en que los agujeros negros existen, a juzgar por sus cálculos teóricos y las observaciones de los rayos X emitidos por los discos de gas que giran alrededor del agujero negro. Los movimientos de las estrellas cercanas también pueden inferir la presencia de un agujero negro. De hecho, se cree que la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea, se mantienen unidas por la gravedad de los agujeros negros supermasivos (con masas millones de veces la del sol), que se encuentran en el centro galáctico.

Pero si todo es succionado por un agujero negro, para nunca volver, ¿qué sucede con la información que solían contener estos objetos? De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, la materia no puede simplemente desaparecer sin dejar información de su estado anterior. Entonces, por un lado, tenemos la física que dice que la información nunca se pierde realmente, ni se copia realmente , mientras que por otro lado, sabemos que un objeto que se acerca demasiado y cruza el horizonte de eventos de los agujeros negros, puede nunca escapar

Esto se conoce como la paradoja de la información del agujero negro y Stephen Hawking había estado tratando de descifrarla durante décadas. Sus investigaciones finalmente lo llevaron a desarrollar la teoría de la radiación de Hawking, en la que el físico argumentó que no toda la materia cae en un agujero negro. En algunos casos, cuando un par de partículas enredadas son atraídas hacia un agujero negro, solo una de ellas cae, mientras que la otra escapa. Hawking llamó a estas partículas que escapan radiación de Hawking, teorizando que su naturaleza debería ser radiación térmica cuya temperatura dependería del tamaño del agujero negro.

Probar tal teoría es virtualmente imposible porque actualmente carecemos de la tecnología requerida para medir la radiación de un agujero negro real. Es por eso que un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Israel tuvo que encontrar una solución creativa. Para su nuevo estudio, los autores hicieron un condensado de Bose-Einstein (BEC), la quinta forma de materia donde la física familiar se desvanece y los fenómenos cuánticos comienzan a tomar el control, incluso a escala macroscópica. La materia BEC casi deja de comportarse como partículas y comienza a comportarse más como ondas. En un BEC puedes observar ondas de átomos, moviéndose sincronizados entre sí como gotas de agua en una ola del océano.

La configuración experimental para el análogo del agujero negro. Crédito: Jeff Steinhauer.

Para hacer BEC, los investigadores israelíes atraparon 8.000 átomos de rubidio en un rayo láser enfocado, enfriando la materia a solo una billonésima de grado por encima del cero absoluto. Un segundo láser disparado en un lado del BEC lo hizo más denso en ese lado. Según los investigadores, esto condujo a una transición que se mueve a una velocidad constante a través del condensado desde el área más densa (fuera del agujero negro) al área menos densa (análoga al interior del agujero negro). Aquí es donde se complica un poco: los investigadores dicen que las ondas de sonido que viajan a través de la región más densa se mueven más rápido que este flujo de transición, lo que permite que el sonido se mueva en cualquier dirección. Sin embargo, en la región menos densa, las ondas de sonido solo pueden alejarse de la transición aguda, en otras palabras, más adentro del análogo del agujero negro.

La luz puede alejarse o entrar en un agujero negro (y nunca escapar) y en este experimento, la luz fue reemplazada por sonido. En los experimentos, los investigadores forzaron a uno de un par de fonones (como fotones para el sonido) a caer en el flujo de átomos de rubidio, mientras que al otro se le permitió escapar. Cuando los investigadores midieron ambos fonones, registraron una temperatura promedio de 0,035 milmillonésimas de Kelvin, lo que concuerda con las predicciones de Hawkings.

Estos hallazgos de ninguna manera prueban la teoría de Hawkings que requeriría una tecnología que no existe actualmente. Sin embargo, el estudio publicado en Nature muestra que Hawking definitivamente estaba en lo cierto.

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