¿Los agujeros negros pueden funcionar como aceleradores de partículas?

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¿Los agujeros negros pueden funcionar como aceleradores de partículas?

Sabemos que los agujeros negros concentran una gran cantidad de masa en un espacio muy reducido, lo que les da un campo gravitacional bastante potente. Cuando un objeto se acerca mucho a su horizonte de eventos, se acelera a velocidades extremas. Ahora, en ese sentido, un equipo de físicos explora una alocada idea: ¿un agujero negro podría funcionar como un acelerador de partículas?

El estudio, que aún no ha sido revisado por pares, se encuentra disponible en el portal arXiv.org.

Velocidades extremas

Los aceleradores de partículas en la Tierra disparan partículas pesadas a más del 99% de la velocidad de la luz.; sin embargo, se requiere mucha energía. Por otro lado, los agujeros negros producen estas velocidades en las partículas solo por existir.

Imagina una partícula que empieza a caer hacia un agujero negro. A medida que se acerca al horizonte de eventos, se acelera hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz.  Si la partícula cruza ese horizonte, se perderá para siempre, quedará encerrada en ese lugar sin poder escapar.

Si queremos que un agujero negro funcione como un acelerador de partículas, deberíamos evitar caer en esta región, ya que un acelerador que no muestra sus partículas sería poco conveniente.

Esto es lo que sucedería para una sola partícula. Cuando en el sistema tenemos más de una, el escenario resulta bastante interesante.

Más de una partícula

Ahora imagina dos partículas que se acercan al horizonte de eventos. Si por casualidad tienen la combinación correcta de velocidad y dirección, podrían colisionar y rebotar.

Este tipo de eventos no son comunes; sin embargo, previas investigaciones han encontrado que es posible. De hecho, aquí depende mucho de qué tan cerca estén del horizonte y qué velocidades tengan al momento de la colisión.

Hasta el momento parece ir todo genial, pero hay un pequeño obstáculo no evidente. La intrincada naturaleza matemática de los agujeros negros hace que este escenario sea solo posible para aquellos que son ‘extremos’, los cuales tienen una masa muy pequeña.

En la vida real, los investigadores creen que la mayoría de agujeros negros son ‘no extremos’. Esto significaría que se necesita algo más para determinar si los ‘no extremos’ pueden funcionar como aceleradores de partículas.

El estudio

Esto es lo que ha logrado el estudio presentado en arXiv. El equipo encontró que estos agujeros negros ‘no extremos’ (masivos y con rotación) pueden acelerar partículas de manera útil, funcionando apropiadamente como colisionadores.

Según LiveScience, aquí se presenta otro pequeño obstáculo. Dado que colisiones tienen que ocurrir cerca del horizonte de eventos para alcanzar energías tan altas, cuando escapan del agujero negro tienen que luchar contra toda esa gravedad casi abrumadora, ralentizándolas antes de que alcancen la verdadera libertad en el espacio interestelar. Claramente, esto es algo que no deseamos.

Afortunadamente, los investigadores también encontraron una solución para ese problema. Ellos mostraron que pueden ocurrir colisiones de alta energía alrededor de los agujeros negros en rotación sin acercarse demasiado a los horizontes del evento, lo que significa que las partículas pueden dispararse hacia el exterior. Esto último es importante porque si las partículas no salen del sistema, nuestras mediciones estarían limitadas.

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