Astrónomos observan la predicción de Stephen Hawking sobre los agujeros negros por primera vez

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Astrónomos observan la predicción de Stephen Hawking sobre los agujeros negros por primera vez

Ilustración de dos agujeros negros / Aaron M. Geller, Northwestern University/CIERA

Una de las predicciones de Stephen Hawking sobre los agujeros negros acaba de ser confirmada por la astronomía de ondas gravitacionales. Hawking creía que el área del horizonte de sucesos de un agujero negro solo puede crecer, nunca reducirse. La investigación fue publicada en Physical Review Letters.

Un equipo internacional de astrónomos analizó la primera detección de ondas gravitacionales realizada en 2015, GW150914 y confirmó el teorema del área de Hawking propuesto en 1971. El trabajo fue liderado por el astrofísico Maximiliano Isi del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

El teorema de Hawking

El horizonte de sucesos no es el agujero negro en sí, sino el radio en el que incluso la velocidad de la luz en el vacío es insuficiente para alcanzar la velocidad de escape del campo gravitacional generado por la singularidad del agujero negro.

El horizonte de sucesos es proporcional a la masa del agujero negro. Dado que los agujeros negros solo pueden ganar masa, bajo la relatividad general, el horizonte de eventos solo debería poder crecer.

Matemáticamente, el teorema del área es válido, pero ha sido difícil de confirmar mediante la observación, ya que los agujeros negros no emiten radiación detectable. Sin embargo, gracias a la astronomía de ondas gravitacionales hemos podido detectar la colisión entre dos de estos enigmáticos objetos:  GW150914.

El análisis

La colisión registrada por el interferómetro LIGO fue la primera detección directa de no un agujero negro, sino dos que se juntaron y formaron uno más grande. Luego, en 2019, Isi y sus colegas descubrieron cómo detectar la señal. Ahora la han decodificado, descomponiéndola para calcular la masa y el giro del agujero negro final.

Los astrónomos también realizaron un nuevo análisis de la señal para calcular la masa y el giro de los dos agujeros negros previos a la fusión. Dado que ambos están relacionados con el área del horizonte de eventos, esto les permitió calcular los horizontes de eventos de los tres objetos.

Si el horizonte de eventos pudiera reducirse en tamaño, el del agujero negro fusionado final debería ser más pequeño que los de los dos agujeros negros que lo crearon. Esto no fue lo que encontraron.

Según sus cálculos, los dos agujeros negros más pequeños tenían un área total de horizonte de eventos de 235.000 kilómetros cuadrados. El último agujero negro tenía un área de 367.000 kilómetros cuadrados.

Con el tiempo…

Bajo la mecánica cuántica, que no encaja bien con la física clásica, Hawking predijo más tarde que, en escalas de tiempo muy largas, los agujeros negros deberían perder masa en forma de un tipo de radiación, actualmente llamada radiación de Hawking. Por lo tanto, todavía es posible que el horizonte de sucesos de un agujero negro disminuya en área, eventualmente.

Esa investigación será para otra ocasión. Mientras tanto, este trabajo nos brinda una nueva herramienta para sondear estos misteriosos objetos y probar los límites de nuestra comprensión del Universo.

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