CIENCIA

El teorema del agujero negro de Stephen Hawking confirmado por ondas gravitacionales

Los agujeros negros pueden ser desconcertantes y contradictorios porque existen en el límite de nuestra comprensión actual de la física. Incluso cuando están deformando la estructura del universo, los agujeros negros tienen que obedecer ciertas reglas. Por primera vez, tenemos la confirmación directa de una propiedad de vital importancia de estas estrellas muertas. Investigadores del MIT y otras instituciones han confirmó el teorema del área del agujero negro de Stephen Hawking 50 años después de que el científico fallecido lo propusiera.

En 1971, el mismo año en que los astrónomos detectaron el primer agujero negro probable en Cygnus X-1, Stephen Hawking ideó su teorema de área. Según el teorema, el área del horizonte de sucesos de un agujero negro nunca puede reducirse. Hawking pudo demostrar que esto funcionaba matemáticamente, pero muchos se mostraron escépticos sobre los aparentes paralelos con la segunda ley de la termodinámica, que dice que la entropía (o el desorden) dentro de un objeto nunca disminuirá.

Por lo tanto, el teorema del área podría significar que los agujeros negros pueden emitir energía térmica, lo que es muy opuesto a lo que cabría esperar de unas fauces gravitacionales abiertas que consumieran cualquier cosa que se acercara demasiado. No fue hasta unos años después que Hawking unió las dos ideas cuando propuso la radiación de Hawking, que dice que los agujeros negros podría emiten pequeñas cantidades de radiación como consecuencia de sus propiedades cuánticas. Esto podría tener importantes implicaciones en la física, y todo surgió de la idea de que los horizontes de eventos no se pueden encoger, pero no teníamos ninguna confirmación experimental hasta ahora.

El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) comenzó a escanear los cielos en busca de señales de ondas gravitacionales en 2015. La primera señal que detectó fue GW150914, un agujero negro que solía ser dos agujeros negros. Cuando LIGO se conectó, el equipo no tenía la capacidad de determinar las mediciones del horizonte de eventos, pero eso ha cambiado en los últimos años.

El agujero negro supermasivo M87 fotografiado en 2019. GW150914 es mucho más pequeño, pero esta es la única imagen real de un agujero negro que tenemos.

Los investigadores, dirigidos por el becario del MIT Maximiliano Isi, revisaron esa primera señal para ver si podían probar el teorema del área. Si Hawking tenía razón, el agujero negro que quedó después de la colisión debería tener un horizonte de eventos que sea al menos tan grande como el área total de ambas cosas agujeros negros precursores.

Usando nuevas técnicas, el equipo de Isi pudo seleccionar frecuencias inmediatamente posteriores a la colisión que podrían usar para calcular la masa y el giro del objeto final. La masa y el giro de un agujero negro están directamente relacionados con el área del horizonte de eventos, por lo que el equipo pudo medir GW150914 antes, durante y después del pico de las ondas de gravedad. Antes de la fusión, los dos agujeros negros tenían un área de horizonte de eventos combinada de 235.000 kilómetros cuadrados. Después de la colisión, el nuevo y más grande agujero negro de 367.000 kilómetros cuadrados.

Con un horizonte de eventos más grande, GW150914 confirma el teorema del área de Hawking. Es una extrapolación impresionante de las ondas de gravedad, y LIGO es solo nuestro primer intento de analizar este fenómeno.

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