La 'radiación de Hawking' puede estar borrando los agujeros negros. Verlo suceder podría revelar nueva física.
Los agujeros negros primordiales pueden estar explotando en todo el universo. Si podemos atraparlos en el acto, podríamos allanar el camino hacia una nueva física, sugiere un estudio.
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Los agujeros negros primordiales (PBH), que se cree que se formaron justo después del Big Bang, pueden estar calentándose y explotando en todo el universo.
Estas explosiones de agujeros negros, impulsadas por la radiación de Hawking (un proceso cuántico en el que los agujeros negros generan partículas del vacío debido a sus intensos campos gravitacionales) podrían ser detectadas por los futuros telescopios, sugieren físicos en un nuevo estudio. Y, una vez detectadas, estas explosiones exóticas podrían revelar si nuestro universo contiene partículas no descubiertas previamente.
Agujeros negros desde el principio de los tiempos
Ya existe mucha evidencia de la existencia de agujeros negros que van desde unas pocas veces la masa del sol hasta miles de millones de veces la masa del sol. Estos agujeros negros han sido detectados directamente a través de las ondas gravitacionales que emiten durante las fusiones que les ayudan a crecer. Algunos agujeros negros, como Sagitario A* de la Vía Láctea*, incluso han sido fotografiados directamente como "sombras" por el Telescopio Event Horizon.
Se cree que los PBH, propuestos por primera vez por Yakov Zeldovich e Igor Novikov en 1967, se formaron en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang y pueden haber sido tan pequeños como partículas subatómicas, según NASA. A diferencia de sus homólogos más grandes, que se forman a partir del colapso de estrellas y galaxias masivas, los PBH podrían haber surgido del colapso de regiones ultradensas en la "sopa primitiva" extremadamente caliente de partículas del universo primitivo.
Si existen, estos objetos compactos podrían proporcionar una explicación natural de la materia oscura, la entidad invisible que constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo. Sin embargo, los PBH siguen siendo difíciles de alcanzar. Su existencia teórica está respaldada por una combinación de modelos cosmológicos, pero aún no se han observado directamente.
El efecto de la radiación Hawking
Uno de los aspectos más interesantes de los PBH es su conexión con la radiación de Hawking. Según la teoría cuántica, los agujeros negros no son completamente "negros"; pueden emitir radiación y perder masa lentamente mediante un proceso teorizado por primera vez por Stephen Hawking. Esta emisión, conocida como radiación de Hawking, se produce cuando pares de partículas virtuales entran y salen del vacío del espacio cerca del borde de un agujero negro: su "horizonte de sucesos". Si bien estos pares normalmente se aniquilan entre sí, si uno cae en el agujero negro, la otra partícula puede escapar en forma de radiación. Con el tiempo, esto conduce a la evaporación gradual del agujero negro.
"Para los agujeros negros con masas superiores a algunas veces la del Sol, la radiación de Hawking es casi indetectable", Marco Calzà, físico teórico de la Universidad de Coimbra en Portugal y coautor del estudio. , dijo a WordsSideKick.com en un correo electrónico. "Pero los agujeros negros más ligeros, como los PBH, serían mucho más calientes y emitirían mucha más radiación, lo que potencialmente nos permitiría detectar este proceso. Esta radiación puede incluir una variedad de partículas, desde fotones hasta electrones y neutrinos".
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A medida que el PBH se evapora, pierde masa, se calienta y emite más radiación en un circuito de retroalimentación. Con el tiempo, el agujero negro debería explotar en una poderosa explosión de radiación, un proceso que los telescopios de rayos gamma y neutrinos existentes están buscando activamente. Aunque todavía no se han detectado explosiones definitivas de PBH, el nuevo estudio sugiere que estos raros eventos podrían ser la clave para desbloquear nueva física.
Sondeando los momentos finales de un PBH
En su reciente estudio, publicado en el Journal of High Energy Physics, Calzà y el coautor del estudio João G. Rosa, también físico teórico de la Universidad de Coimbra, introdujeron métodos innovadores para estudiar los PBH durante su etapas finales de la evaporación. Al analizar las propiedades de su radiación de Hawking, el dúo desarrolló herramientas para estimar la masa y el giro de un PBH.
"El seguimiento de la masa y el giro de un PBH a medida que se evapora podría proporcionar pistas valiosas sobre su formación y evolución", dijo Rosa a WordsSideKick.com en un correo electrónico.
Su trabajo tiene importantes implicaciones para la física fundamental. En un estudio anterior, Rosa, Calzà y su colaborador John March-Russell de la Universidad de Oxford exploraron cómo la teoría de cuerdas (un intento de unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza dentro de una única teoría cuántica) podría afectar una atmósfera en evaporación. PBH. La teoría de cuerdas predice la existencia de numerosas partículas de baja masa llamadas axiones, que no tienen espín intrínseco. Su investigación sugirió que la emisión de axiones podría en realidad hacer girar un PBH, contrariamente a las predicciones de Hawking.
"Un PBH giratorio proporcionaría evidencia convincente de estos axiones exóticos, revolucionando potencialmente nuestra comprensión de la física de partículas", dijo Calzà.
Además, el estudio sugiere que analizar la evolución de la masa y el espín de un PBH en sus momentos finales podría revelar la existencia de otras partículas nuevas. Al rastrear el espectro de la radiación de Hawking, los científicos podrían distinguir entre modelos de física de partículas de alta energía. Los telescopios de neutrinos, como IceCube, podrían incluso ayudar a descubrir estas nuevas partículas a medida que los PBH explotan en el espacio.
"Si podemos captar sólo un PBH en explosión y medir su radiación de Hawking, podríamos aprender muchísimo sobre nuevas partículas y potencialmente guiar el diseño de futuros aceleradores de partículas", dijo Rosa.
Aunque todavía no se ha detectado ninguna explosión de PBH, las herramientas y métodos desarrollados por el equipo de Calzà y Rosa podrían allanar el camino para futuros descubrimientos. Los investigadores enfatizaron que tal vez no sean necesarios experimentos específicos, ya que ya se están desarrollando varios telescopios nuevos de rayos gamma y neutrinos con una sensibilidad sin precedentes.
"Los próximos telescopios podrían detectar fácilmente uno si explota cerca. Si tenemos la suerte de detectar un PBH explotando, podría cambiar todo lo que sabemos sobre las leyes fundamentales de la naturaleza", dijo Rosa.