Finalmente se ha observado una predicción importante que hizo Stephen Hawking sobre los agujeros negros

Onda gravitacional La astronomía nos acaba de dar otro regalo asombroso: el primer de observación confirmación de uno de Stephen Hawkingpredicciones sobre agujeros negros.

Un análisis de la primera detección de ondas gravitacionales realizada en 2015, GW150914, ha confirmado el teorema del área de Hawking. Afirma que, según la física clásica, el área del horizonte de eventos de un agujero negro solo puede crecer más, nunca más pequeño.

El trabajo nos brinda una nueva herramienta para sondear estos misteriosos objetos y probar los límites de nuestra comprensión del Universo.

“Es posible que haya un zoológico de diferentes objetos compactos, y si bien algunos de ellos son los agujeros negros que siguen las leyes de Einstein y Hawking, otros pueden ser bestias ligeramente diferentes”. dijo el astrofísico Maximiliano Isi del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

“Entonces, no es como si hicieras esta prueba una vez y se acabó. Haz esto una vez, y es el comienzo”.

Hawking propuso por primera vez su teorema en 1971. Predijo que el área de la superficie del horizonte de sucesos de un agujero negro nunca debería disminuir, sino solo aumentar.

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. Es proporcional a la masa del agujero negro; ya que los agujeros negros solo pueden ganar masa, bajo relatividad general, el horizonte de eventos solo debería poder crecer.

(Este modelo de solo aumento también es curiosamente similar a otra teoría, la segunda ley de termodinámica

. Afirma que la entropía, la progresión del orden al desorden en el Universo, solo puede aumentar. Los agujeros negros también tienen entropía atribuida a ellos, y es directamente proporcional a la superficie de su horizonte de sucesos).

Matemáticamente, el teorema del área es válido, pero ha sido difícil de confirmar mediante la observación, principalmente porque los agujeros negros son extremadamente difíciles de observar directamente, ya que no emiten radiación detectable. Pero luego, detectamos las ondas gravitacionales que se propagan a través del espacio-tiempo de una colisión entre dos de estos enigmáticos objetos.

Este fue GW150914, y el resumen bloop de la colisión registrada por el interferómetro LIGO lo cambió todo. Fue la primera detección directa de no un agujero negro, sino dos. Se juntaron y formaron un agujero negro más grande.

Este agujero negro luego sonó débilmente, como una campana golpeada. En 2019, Isi y sus colegas descubrieron cómo detectar la señal de esta llamada. Ahora lo han decodificado, descomponiéndolo para calcular la masa y el giro del agujero negro final.

También realizaron un nuevo análisis de la señal de fusión para calcular la masa y el giro de los dos agujeros negros previos a la fusión. Dado que la masa y el giro 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 de tamaño, entonces el horizonte de eventos del agujero negro fusionado final debería ser más pequeño que los de los dos agujeros negros que lo crearon. Según sus cálculos, los dos agujeros negros más pequeños tenían un área total de horizonte de eventos de 235.000 kilómetros cuadrados (91.000 millas cuadradas). El agujero negro final tenía un área de 367.000 kilómetros cuadrados.

“Los datos muestran con abrumadora confianza que el área del horizonte aumentó después de la fusión y que la ley de área se cumple con una probabilidad muy alta”, agregó. Isi dijo.

“Fue un alivio que nuestro resultado esté de acuerdo con el paradigma que esperamos, y confirma nuestra comprensión de estas complicadas fusiones de agujeros negros”.

Al menos a corto plazo. 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 de cuerpo negro que ahora llamamos Radiación de Hawking. Por lo tanto, todavía es posible que el horizonte de eventos de un agujero negro disminuya en área, eventualmente.

Evidentemente, será necesario examinarlo más de cerca en el futuro. Mientras tanto, el trabajo de Isi y su equipo nos ha proporcionado un nuevo conjunto de herramientas para sondear otras observaciones de ondas gravitacionales, con la esperanza de obtener aún más conocimientos sobre los agujeros negros y la física del Universo.

“Es alentador que podamos pensar de formas nuevas y creativas sobre los datos de ondas gravitacionales y llegar a preguntas que antes pensábamos que no podíamos”. Isi dijo.

“Podemos seguir desentrañando piezas de información que hablan directamente de los pilares de lo que creemos que entendemos. Un día, estos datos pueden revelar algo que no esperábamos”.

La investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física.

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