Logran, por primera vez, observar en laboratorio la teoría que el físico británico formuló en 1974.
Según la teoría de Stephen Hawking, los agujeros negros no son, a pesar de su sugestivo nombre, totalmente negros, sino que emiten partículas, una tenue radiación que extrae lentamente energía y masa del agujero negro hasta hacerlo desaparecer. Casi desde el principio, esta noción fue dada por buena por la inmensa mayoría de los científicos, aunque por el momento ha resultado imposible de probar.
Ahora, por primera vez, físicos del Instituto Technion de Tecnología de Israel, dirigidos por el físico Jeff Steinhauer, han logrado «ver» esta elusiva radiación de Hawking en acción, cosa que nuestra tecnología no permite aún hacer directamente en el espacio, con agujeros negros reales. Para conseguirlo, los investigadores «fabricaron» un agujero negro virtual utilizando ondas de sonido y algunas de las formas de materia más extrañas y frías del Universo.
Los agujeros negros ejercen una fuerza de gravedad tan increíblemente poderosa que incluso los fotones, que viajan a la velocidad de la luz, no consiguen escapar cuando son capturados. Por otro lado, la Mecánica cuántica nos dice que lo que nosotros conocemos como «vacío espacial» es, en realidad, un auténtico hervidero de «partículas virtuales» que entran y salen de la existencia en pares de materia y antimateria (las partículas de antimateria tienen la misma masa que su contraparte de materia, pero tiene una carga eléctrica opuesta).
Una de las últimas fotos de Stephen Hawking, tomada en Londres pocos meses antes de su muerte. Crédito: Greg Brennan.
Normalmente, y apenas aparecen, estas parejas de partículas virtuales se aniquilan unas a otras. Pero en la frontera de un agujero negro, donde la gravedad es extrema, puede suceder que esos pares de partículas se separen, una absorbida por el agujero, la otra lanzada a toda velocidad al espacio. La partícula que es absorbida tiene energía negativa, lo que reduce tanto la energía como la masa del agujero. Por eso, cuantas más de estas partículas absorba el agujero negro, más energía perderá, hasta eventualmente evaporarse por completo. Las partículas «fugitivas», por su parte, son lo que conocemos como radiación Hawking.
En un agujero negro real, la radiación Hawking es tan débil que nadie ha conseguido medirla. Por eso, desde hace años se buscaba la forma de observarla en laboratorio. Y ahora, Steinhauer y su equipo lo han conseguido.
Una cascada en el horizonte de sucesos
En su experimento, los investigadores utilizaron lo que se conoce como «condensado Bose-Einstein», una forma de gas extremadamente frío, para imitar el horizonte de sucesos de un agujero negro, la frontera invisible que, una vez atravesada, no permite que nada pueda regresar. En medio del gas, colocaron después un obstáculo, una especie de «acantilado» que obligaba al gas a caer en forma de cascada, convirtiendo así una cantidad suficiente de energía potencial en energía cinética como para que el gas fluyera a una velocidad mayor que la del sonido.
Después, y en lugar de pares de partículas materia-antimateria, los físicos utilizaron parejas de fonones, u ondas de sonido cuántico, inmersas en el flujo de gas. El fonón que se quedaba en el lado «lento» conseguía viajar en contra del flujo de gas, alejándose de la cascada, mientras que su pareja, el fonón del lado «rápido», quedaba inevitablemente atrapado por la cascada, el «agujero negro» de gas a velocidad supersónica.
Esta es la primera fotografía de un agujero negro (o de su sombra) obtenida por la humanidad. Fue dada a conocer en abril de 2019.
Según ha explicado el propio Steinhauer, «es como si trataras de ir contra una corriente que fluye más rápido de lo que puedes nadar. Sentirías que estás avanzando, pero en realidad vas hacia atrás. Y eso es análogo a lo que le sucede a un fotón que intenta salir de un agujero negro, pero al que la gravedad hace ir en dirección contraria».
Stephen Hawking predijo que la radiación de las partículas emitidas por el agujero negro permanecería en un espectro continuo de longitudes de onda y energías. Y dijo también que sería posible describir el fenómeno con una única temperatura, que solo dependía de la cantidad de masa que tuviera el agujero negro. En su experimento, Steinhauer y su equipo lograron confirmar las dos predicciones en el interior del peculiar agujero negro sónico de su laboratorio.
Fuente: Space.com. Edición: ABC.
