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| Físicos del MIT y de otros lugares han utilizado las ondas gravitacionales para confirmar observacionalmente por primera vez el teorema de Hawking sobre el área de los agujeros negros. Esta simulación por ordenador muestra la colisión de dos agujeros negros que produjo la señal de ondas gravitacionales, GW150914. Créditos:Crédito: Proyecto Simulating eXtreme Spacetimes (SXS). Cortesía de LIGO |
Prueba de la ley del área de los agujeros negros con GW150914
Según la teoría de los agujeros negros de Stephen Hawking, el área de los horizontes de sucesos de los agujeros negros nunca debería reducirse. Esta teoría reforzó una serie de ideas fundamentales sobre la mecánica de los agujeros negros.
Esta ley de los agujeros negros predicha por Stephen Hawking era bastante similar a la segunda ley de la termodinámica: la entropía, o grado de desorden dentro de un objeto, tampoco debería disminuir nunca.
La similitud de ambas teorías sugería que los agujeros negros podían comportarse como objetos térmicos, emisores de calor. En 1974, Hawking demostró que los agujeros negros podían tener entropía: si se tienen en cuenta sus efectos cuánticos, los agujeros negros pueden irradiar durante escalas de tiempo muy largas.
Los científicos bautizaron este fenómeno como Radiación de Hawking.
Todo comienza con la teoría de Stephen Hawking sobre los agujeros negros: el área total del horizonte de sucesos de los agujeros negros nunca puede disminuir.
Sin embargo, este teorema del área funciona matemáticamente, pero los científicos no habían encontrado ninguna forma de detectarlo contra natura hasta la primera detección de ondas gravitacionales de LIGO.
En ese momento, los investigadores no pudieron captar la información necesaria dentro de la señal, antes y después de la fusión, para determinar si el área del horizonte final no disminuía, como supondría el teorema de Hawking.
En 2019, Maximiliano Isi, becario postdoctoral Einstein de la NASA en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, y su colega desarrollaron una técnica para extraer las reverberaciones inmediatamente posteriores al pico de GW150914, el momento en que los dos agujeros negros padres colisionaron para formar un nuevo agujero negro.
Ahora, casi cincuenta años después, físicos del MIT y de otros lugares han confirmado por primera vez el teorema de la zona de Hawking. Para ello, han analizado GW150914, la primera señal de ondas gravitacionales detectada por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), en 2015.
GW150914 es la primera señal de ondas gravitacionales resultante de la colisión de dos agujeros negros que generaron un nuevo agujero negro bebé con mucha energía. Los científicos volvieron a analizar la señal de GW150914 antes y después de la colisión cósmica y descubrieron que el área total del horizonte de sucesos no disminuyó tras la fusión.
Isi dijo: "Puede haber un zoológico de diferentes objetos compactos, y mientras algunos de ellos son los agujeros negros que siguen las leyes de Einstein y Hawking, otros pueden ser bestias ligeramente diferentes. Así que no es que hagas esta prueba una vez y se acabe. Lo haces una vez, y es el principio".
Utilizando un modelo recién desarrollado, los científicos identificaron la masa y el giro de ambos agujeros negros antes de que se fusionaran. A partir de estas estimaciones, calcularon la superficie total de sus horizontes, que equivale aproximadamente a unos 235.000 kilómetros cuadrados.
Isi dijo: "Los datos muestran con una confianza abrumadora que el área del horizonte aumentó después de la fusión, y que la ley del área se satisface con una probabilidad muy alta. Fue un alivio que nuestro resultado coincidiera con el paradigma que esperábamos, y que confirmara nuestra comprensión de estas complicadas fusiones de agujeros negros."
Los científicos planean ahora poner a prueba el teorema del área de Hawking y otras teorías de la mecánica de los agujeros negros que se conocen desde hace tiempo, utilizando los datos de LIGO y de Virgo, su homólogo en Italia.
Fuentes y referencias:
Más Información: Testing the black-hole area law with GW150914, Physical Review Letters (2021). journals.aps.org/prl/accepted/ … 4336d883136eb53c122b
En Arxiv: arxiv.org/abs/2012.04486
Información de la revista: Physical Review Letters