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Los investigadores observaron una radiación de Hawking constante en un agujero negro analógico

Crédito: CC0 Public Domain

Los agujeros negros son regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte, tan fuerte que nada que entre en ellos puede escapar, incluida la luz. Las proyecciones teóricas indican la existencia de un radio alrededor de los agujeros negros conocido como horizonte de eventos. Una vez que algo pasa al horizonte de eventos, ya no puede escapar del agujero negro, ya que la atracción gravitacional se vuelve más fuerte cuanto más cerca está de su centro.


El físico teórico Stephen Hawking predijo que, si bien nada podría escapar desde adentro, los agujeros negros emiten automáticamente una cantidad finita de luz, que se conoce como Hawking. radiación. Según su predicción, esta radiación es espontánea (es decir, se origina de la nada) y constante (es decir, su intensidad no cambia mucho con el tiempo).

Investigadores del Technion-Israel Institute of Technology realizaron recientemente un estudio destinado a probar el Hawking Predicciones teóricas. Más específicamente, examinaron si el equivalente a la radiación de Hawking en un “agujero negro sintético” creado en un entorno de laboratorio estático.

Si entras Horizonte de eventosNo hay salida, incluso para la luz, dijo a Phys.org Geoff Stenhower, uno de los investigadores que realizó el estudio. La radiación de Hawking comienza justo afuera del evento. HorizonteDonde la luz apenas puede escapar. Esto es realmente extraño porque no hay nada ahí; Es un espacio vacio. Sin embargo, esta radiación parte de la nada y sale y se dirige hacia la tierra “.

El agujero negro artificial que crearon Steinhower y sus colegas tiene aproximadamente 0,1 mm de largo y estaba hecho de un gas de 8.000 átomos de rubidio, que es un número relativamente pequeño de átomos. Cada vez que los investigadores le toman una foto, el agujero negro se destruye. Para observar su evolución en el tiempo, posteriormente tuvieron que producir el agujero negro, tomar una imagen del mismo y luego crear otra. Este proceso se repitió muchas veces y durante meses.

Los investigadores observaron una radiación de Hawking constante en un agujero negro analógico

Un agujero negro analógico creado por los investigadores. Crédito: Kolubov et al.

La radiación de Hawking emitida por este agujero negro analógico consiste en ondas sonoras, no ondas de luz. Los átomos de rubidio fluyen más rápido que la velocidad del sonido, por lo que las ondas sonoras no pueden alcanzar el horizonte de eventos y escapar del agujero negro. Fuera del horizonte de eventos, el gas fluye lentamente, por lo que las ondas sonoras pueden moverse libremente.

“El rubidio fluye más rápido que la velocidad del sonido, y esto significa que el sonido no puede interferir con el flujo”, explicó Steinhower. “Suponga que intenta nadar contra la corriente. Si esta corriente va más rápido de lo que puede nadar, no puede avanzar, es empujado hacia atrás porque el flujo se mueve muy rápido y en la dirección opuesta, por lo que se atasca. Esto Es lo que tendría que estar atrapado en un agujero negro e intentar alcanzar el horizonte de sucesos desde el interior ”.

Según las predicciones de Hawking, la radiación emitida por los agujeros negros es automática. En uno de sus estudios anteriores, Steinhower y sus colegas pudieron confirmar esta predicción en su agujero negro artificial. En su nuevo estudio, se propusieron investigar si la radiación emitida por el agujero negro también era constante (es decir, si se mantuvo constante en el tiempo).

“Se supone que un agujero negro irradia como un cuerpo negro”, dijo Steinhower. “Es esencialmente un cuerpo cálido que emite una radiación constante de radiación infrarroja (es decir, radiación de cuerpo negro)”. “Hawking sugirió que los agujeros negros son como estrellas regulares, que emiten un cierto tipo de radiación todo el tiempo, constantemente. Esto es lo que queríamos confirmar en nuestro estudio, y lo hicimos”.

La radiación de Hawking consiste en pares de fotones (es decir, partículas de luz): uno emana de un agujero negro y el otro cae en él. Al tratar de determinar la radiación de Hawking emitida por el agujero negro analógico que crearon, Steinhower y sus colegas buscaron pares de ondas sonoras similares, una saliendo del agujero negro y la otra moviéndose a través de él. Una vez que seleccione estos pares de Ondas sonorasLos investigadores han intentado determinar si existen las llamadas correlaciones entre ellos.

“Tuvimos que recopilar muchos datos para encontrar estas correlaciones”, dijo Steinhower. “Así que hicimos 97.000 iteraciones del experimento, un total de 124 días de medición continua”.

En general, los resultados parecen confirmar que la radiación emitida por los agujeros negros es constante, predijo Hawking. Si bien estos resultados se aplican principalmente a los agujeros negros analógicos que crearon, Estudios teóricos Puede ayudar a confirmar si también se puede aplicar a verdaderos agujeros negros.

“Nuestro estudio también plantea preguntas importantes, porque observamos la edad completa del agujero negro analógico, lo que significa que también vimos cómo comenzó la radiación de Hawking”, dijo Steinhower. “En estudios futuros, se podría intentar comparar nuestros resultados con las predicciones de lo que sucederá en un agujero negro real, para ver si la radiación de Hawking” real “comienza de la nada y luego se acumula, como hemos observado”.

En algún momento durante los experimentos de los investigadores, la radiación que rodeaba al agujero negro analógico se volvió tan fuerte que el agujero negro formó lo que se conoce como el “horizonte interior”. Además del horizonte de eventos, la teoría de la relatividad general de Einstein predice la presencia tanto del horizonte interno como del radio interno. agujeros negros Eso acerca a otra región a su centro.

En la región dentro del horizonte interior, la atracción gravitacional es mucho menor, por lo que los objetos pueden moverse libremente y ya no son atraídos hacia el centro del agujero negro. Sin embargo, todavía no pueden salir del agujero negro, ya que no pueden atravesar el horizonte interior en la dirección opuesta (es decir, dirigiéndose hacia el horizonte de eventos).

Básicamente, dijo Steinhower, “el horizonte de sucesos es la esfera más externa de un agujero negro, y dentro de ella hay una pequeña bola llamada horizonte interno”. “Si caes en el horizonte interior, todavía estás atrapado en el agujero negro, pero al menos no sientes la extraña física de estar en un agujero negro. Estarás en un entorno más” normal “, porque la gravedad la atracción será menor, por lo que ya no la sentirás “.

Algunos físicos han especulado que cuando un agujero negro analógico forma un horizonte interior, la radiación emitida por él se vuelve más fuerte. Curiosamente, esto es exactamente lo que sucedió en el agujero negro analógico creado por los investigadores del Technion. Por lo tanto, este estudio podría inspirar a otros físicos a investigar el efecto de la formación del horizonte interno sobre la intensidad de la radiación de Hawking de un agujero negro.


Un investigador está ideando una nueva forma de imitar la radiación de Hawking en el laboratorio


más información:
Observación de la radiación de Hawking espontánea estática y la evolución temporal de un agujero negro analógico. Física de la naturaleza(2021). DOI: 10.1038 / s41567-020-01076-0

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La frase: Los investigadores observaron una radiación de Hawking constante en un agujero negro analógico (2021, 19 de febrero). Obtenido el 19 de febrero de 2021 de https://phys.org/news/2021-02-stationary-hawking-analog-black-hole.html

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