La superficie de acción de los agujeros negros no disminuye con el tiempo. Un nuevo análisis de las ondas gravitacionales confirma el descubrimiento de 2015.
La superficie de acción de un agujero negro, hacia la que se succiona la materia y la radiación, no puede disminuir con el tiempo. Esta es la teoría de Stephen Hawking, que un nuevo estudio del MIT acaba de confirmar. El análisis se ha realizado estudiando las ondas gravitacionales producidas hace 1.300 millones de años por dos agujeros negros gigantes que giran en espiral uno alrededor del otro, y se ha publicado en Physical Review D. Sin embargo, seguiría siendo una paradoja frente a otra teoría que predice que, a largo plazo, un agujero negro se encogerá hasta el punto de evaporarse.
Teoría de los agujeros negros de Stephen Hawking
En 1971, Hawking había teorizado el teorema de que el área de un agujero negro no disminuye con el tiempo a partir de la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta regla, para los físicos, estaría estrechamente relacionada con la segunda ley de la termodinámica, que establece que el tiempo fluye en una dirección determinada, es decir, que la entropía, o desorden, de un sistema cerrado debe aumentar siempre. Dado que la entropía de un agujero negro es proporcional a su área, ambas deben aumentar constantemente.
El nuevo estudio que confirma la teoría de Hawking
Según la nueva investigación, la confirmación por parte de los investigadores de la ley del área parece implicar que las propiedades de los agujeros negros son pistas significativas de las leyes ocultas que rigen el universo. Curiosamente, la ley del área parece contradecir otro de los teoremas demostrados por el famoso físico: que los agujeros negros deberían evaporarse en una escala de tiempo extremadamente larga. El siguiente paso sería, por tanto, entender el origen de la contradicción entre ambas teorías, un resultado que podría revelar una nueva física.
La superficie de un agujero negro está definida por un límite esférico conocido como horizonte de sucesos: más allá de este punto nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su poderosa atracción gravitatoria. Según la interpretación de Hawking de la relatividad general, como la superficie de un agujero negro aumenta con su masa, y como ningún objeto lanzado a él puede escapar, su superficie no puede disminuir. Pero la superficie de un agujero negro se reduce cuando gira, por lo que los investigadores se preguntaron si sería posible lanzar un objeto hacia él con la suficiente fuerza como para hacer que el agujero negro gire de forma que su superficie se reduzca.
Para comprobar esta teoría, los investigadores analizaron las ondas gravitacionales, u ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, creadas hace 1.300 millones de años por dos grandes agujeros negros mientras giraban en espiral el uno hacia el otro a gran velocidad. Se trata de las primeras ondas detectadas en 2015 por el Observatorio Avanzado de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), un rayo láser dividido en dos trayectorias de cuatro kilómetros de largo y capaz de detectar las más mínimas distorsiones en el espacio-tiempo. Al dividir la señal en dos mitades, antes y después de que los agujeros negros se fusionaran, los investigadores calcularon la masa y el espín de los agujeros negros originales y de los combinados. Estos números, a su vez, les permitieron calcular la superficie de cada agujero negro antes y después de la colisión.
La superficie del nuevo agujero negro creado era mayor que la de los dos iniciales, confirmando la ley de área de Hawking en un 95%. Según los investigadores, sus resultados coinciden con lo que esperaban encontrar. El verdadero misterio sigue siendo tratar de integrar la relatividad general con la mecánica cuántica. Esto se debe a que los agujeros negros no pueden encogerse según la relatividad general, pero sí según la mecánica cuántica. Detrás de la ley de la superficie, el físico británico también había desarrollado un concepto conocido como radiación de Hawking, en el que se emite una niebla de partículas en los bordes de los agujeros negros por extraños efectos cuánticos. Este fenómeno hace que los agujeros negros se reduzcan y finalmente, en un periodo de tiempo muchas veces mayor que la edad del universo, se evaporen. Esta evaporación puede tener lugar durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo como para no violar la ley de área a corto plazo.
Mientras tanto, un estudio japonés ha analizado una tormenta de agujeros negros que puede ser capaz de explicar algo sobre el origen de la galaxia.
Stefania Bernardini