Científicos descubren por accidente otra característica de los agujeros negros

Física

Dado que nuestras primeras detecciones directas que confirmaron la existencia de agujeros negros solo tuvieron lugar en este siglo, se puede perdonar a la humanidad por no saber algunas cosas sobre estos misteriosos objetos cósmicos. Ni siquiera sabemos todo lo que no sabemos, un hecho que se ha hecho evidente en un nuevo descubrimiento. Al ejecutar ecuaciones para las correcciones de gravedad cuántica para la entropía de un agujero negro, un par de físicos encontraron que los agujeros negros ejercen presión sobre el espacio que los rodea. No hay mucha presión, sin duda, pero es un hallazgo que es fascinantemente consistente con la predicción de Stephen Hawking de que los agujeros negros emiten radiación y, por lo tanto, no solo tienen temperatura, sino que se encogen lentamente con el tiempo, en ausencia de acreción.

“Nuestro hallazgo de que los agujeros negros de Schwarzschild tienen una presión y una temperatura es aún más emocionante dado que fue una sorpresa total”, dijo el físico y astrónomo Xavier Calmet de la Universidad de Sussex en el Reino Unido.

“Si se consideran los agujeros negros solo dentro de la relatividad general, se puede demostrar que tienen una singularidad en sus centros donde las leyes de la física tal como las conocemos deben romperse.

“Se espera que cuando la teoría cuántica de campos se incorpore a la relatividad general, podamos encontrar una nueva descripción de los agujeros negros”.

Cuando hicieron su descubrimiento, Calmet y su colega de la Universidad de Sussex, el físico y astrónomo Folkert Kuipers, estaban realizando cálculos utilizando la teoría cuántica de campos para intentar sondear el horizonte de eventos de un agujero negro. Específicamente, estaban tratando de comprender las fluctuaciones en el horizonte de eventos de un agujero negro que corrigen su entropía, una medida de la progresión del orden al desorden.

Mientras realizaban estos cálculos, Calmet y Kuipers seguían encontrándose con una figura adicional que aparecía en sus ecuaciones, pero les tomó un tiempo reconocer lo que estaban mirando: la presión.

“El momento en el que nos dimos cuenta de que el resultado misterioso en nuestras ecuaciones nos decía que el agujero negro que estábamos estudiando tenía una presión, después de meses de lidiar con él, fue estimulante”, dijo Kuipers.

No está claro qué está causando la presión y, según los cálculos del equipo, es muy pequeña. Además, es negativo, expresado como -2E^-46 bares para un agujero negro de la masa del Sol, en comparación con 1 bar de la Tierra al nivel del mar. Esto significa exactamente lo que parece: el agujero negro se encogería, no crecería. Eso es consistente con la predicción de Hawking, aunque en este punto es imposible determinar cómo se relaciona la presión negativa con la radiación de Hawking, o incluso si los dos fenómenos están relacionados.

Sin embargo, el hallazgo podría tener implicaciones interesantes para nuestros intentos de cuadrar la relatividad general (en escalas macro) con la mecánica cuántica (que opera en escalas extremadamente pequeñas). Se cree que los agujeros negros son la clave de esta empresa. La singularidad del agujero negro se describe matemáticamente como un punto unidimensional de densidad extremadamente alta, en cuyo punto la relatividad general se rompe, pero el campo gravitacional que lo rodea solo se puede describir de manera relativista.

Averiguar cómo encajan los dos regímenes también podría ayudar a resolver un problema de agujero negro realmente espinoso. Según la relatividad general, la información que desaparece más allá de un agujero negro podría desaparecer para siempre. Bajo la mecánica cuántica, no puede ser. Esta es la paradoja de la información del agujero negro, y explorar matemáticamente el espacio-tiempo alrededor de un agujero negro podría ayudar a resolverlo.

“Nuestro trabajo es un paso en esta dirección”, dijo Calmet, “y aunque la presión que ejerce el agujero negro que estábamos estudiando es minúscula, el hecho de que esté presente abre múltiples posibilidades nuevas, que abarcan el estudio de la astrofísica, la partícula física y física cuántica”.

Fuente: Science Alert.

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