La predicción de Stephen Hawking sobre los agujeros negros que científicos del MIT comprobaron 50 años después

Se trata de la teoría del área de los agujeros negros, que argumenta que el área más allá del horizonte de sucesos, el límite del que nada puede escapar, jamás disminuye.

Los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y otros centros de investigación, liderados por el físico Maximiliano Isi, fueron los primeros en confirmar dicha teoría, basándose en la observación de ondas gravitacionales.

A pesar de que dentro de un agujero negro ocurren procesos muy extremos donde no aplican las leyes físicas que creemos universales, “es curioso que a nivel microfísico sucedan cosas análogas con leyes de la termodinámica”, le explica Isi a BBC Mundo.

La investigación de Isi y su colegas fue publicada el pasado 1 de julio en la revista científica Physical Review Letters.

Los agujeros negros son uno de los fenómenos más enigmáticos del universo: para que se formen, primero una estrella tiene que morir.

Además, todo lo que entra, jamás logra escapar, ni la luz. Y en su corazón, la llamada singularidad, el tiempo y el espacio se detienen.

Aunque hasta 2019 nadie había visto un agujero negro, la prueba de su existencia estaba en las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

¿En qué consiste la teoría de Hawking?

Stephen Hawking, el célebre físico británico fallecido en 2018, propuso este teorema en 1971, uno de los más importantes sobre la mecánica de los agujeros negros.

El teorema predice que el área total de un agujero negro más allá del horizonte de sucesos nunca debería disminuir.

Esta proposición guarda paralelismo con la segunda ley de la termodinámica, que indica que la entropía, o el grado de desorden del universo, tampoco debería disminuir.

La similitud entre las dos teorías sugirió que los agujeros negros podrían comportarse como objetos térmicos que emiten calor.

Pero dicha proposición resultaba confusa, dado que se pensaba que la propia naturaleza de los agujeros negros no permitía escapar o irradiar energía.

“Hawking consiguió coordinar estas ideas en 1971, mostrando que los agujeros negros tienen entropía y emiten radiación en escalas de tiempo muy largas si se tienen en cuenta sus efectos cuánticos”, dice un comunicado del MIT.

Este fenómeno se denominó “radiación de Hawking” y es una de las revelaciones más importantes sobre los agujeros negros.

Pero entonces los científicos no eran capaces de comprobar visualmente dicha propuesta.

Cincuenta años después ha sido posible.

¿Qué significa que se haya confirmado?

Más allá de la curiosidad que siempre despiertan los agujeros negros, lo más importante para Isi es “corroborar el total paralelismo de ciertas leyes de los agujeros negros con las leyes de las termodinámica, en este caso de la de entropía”.

“Con este estudio confirmamos con cierta precisión esta predicción fundamental de Hawking sobre cómo deben funcionar los agujeros negros”, dice Isi.

“Es muy importante que estas teorías, hasta ahora sobre todo abstractas, podamos abordarlas a través de un análisis observacional”, añade el experto.

Hasta ahora, el teorema de Hawking se había probado de forma matemática, pero jamás había sido visualizado en la naturaleza.

¿Cómo consiguieron confirmarlo?

En el estudio, el equipo analizó minuciosamente la onda gravitacional GW150914, captada por el observatorio LIGO en septiembre de 2015.

Aquella señal fue producto de dos agujeros negros en espiral que generaron un nuevo agujero negro, concentrando una enorme cantidad de energía que ondeó a través del espacio-tiempo en forma de ondas gravitacionales.

De acuerdo al teorema de Hawking, el área más allá del horizonte de ese agujero negro no puede ser menor que el horizonte total de sus dos agujeros negros originarios.

“Con sistemas de detección mejorados, pudimos observar el antes y después de esa colisión”, explica Isi.

Su equipo desarrolló una técnica para captar frecuencias específicas, o tonos de las secuelas más ruidosas, que podrían usar para calcular la masa y el giro del agujero negro final.

Efectivamente, confirmaron que el área no disminuyó tras la fusión, un resultado que el equipo reporta con un 95% de certeza.

“En el futuro, cuando sigan mejorando nuestros observadores, detectaremos más y más señales con más precisión. Con eso esperamos seguir corroborando estas leyes y, capaz algún día, poder descubrir algo completamente nuevo“, dijo a BBC Mundo.