La radiación de Hawking y los efectos cuánticos: ¿puede un agujero negro existir eternamente?

Representación de un disco de acreción de la película 'Interestelar'
Publicado por: Adrián Ruiz

Todos conocemos los agujeros negros como lo que son, gigantescos monstruos que lo devoran todo a su paso sin dejar ni un rastro, desde cualquier cuerpo celeste hasta planetas enteros. Ciertamente este fenómeno despierta más inquietudes que respuestas, y son relativamente pocas las cosas que todavía sabemos sobre ellos. Aun así, hay teorías fundamentadas y ciertas ideas que nos ayudan a entender su naturaleza.

Una de ellas surgió en 1974 de la mano de Stephen Hawking, quien postuló la existencia de una radiación proveniente de los agujeros negros. Gracias a esta tesis se obtuvieron los primeros resultados en gravedad cuántica, mientras que año antes los soviéticos Yákov Zeldóvich y Alekséi Starobinski demostraran que, de acuerdo con el principio de indeterminación de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación creaban y emitían partículas.

Con todo esto, nació lo que se conoce como la radiación de Hawking. Pero antes de hablar sobre ella, ¿qué son los agujeros negros?

Los agujeros negros

Un agujero negro es una cantidad de masa reducida a un punto en el espacio que como consecuencia posee una densidad enorme, tanto que la curvatura espacio-temporal es proporcional y hasta la luz, con sus 300.000 Km/s, queda atrapada en su interior. Puede parecer un poco destructivo, pero lo cierto es que no es tan horrible como lo parece, pues la curvatura espacio-temporal no es tan diferente a la de un objeto celeste de misma masa y mayor tamaño.

Representación de un agujero negro con disco de acreción
Representación de un agujero de la película ‘Interestelar’

Para ello pongamos un ejemplo: imaginemos que el Sol se convierte en un agujero negro, su masa seguiría siendo la misma solo que estaría concentrada en un punto mucho más pequeño, de unos 3 kilómetros de diámetro según los cálculos, y al no variar su masa el efecto de las órbitas planetarias sería idéntico dado que ninguno de los cuerpos alrededor se acerca lo suficiente al horizonte de sucesos. En este caso la órbita de los planetas no cambiaría.

Esto es muy diferente cuando un cuerpo, ya sea un planeta u otra cosa, se acerca peligrosamente al horizonte de sucesos. Si un planeta se acercase lo suficiente al horizonte de sucesos, la acción gravitatoria sería tan grande que es imposible escapar de ahí y sería absorbido sin remedio.

Cuando vemos un agujero negro lo más llamativo es el disco negro que observamos, es lo que más les caracteriza, pero en realidad eso no es el agujero -o mejor dicho la singularidad– en sí como algunas personas creen, sino el espacio entre el horizonte de sucesos y la singularidad. A partir del horizonte de sucesos la acción gravitatoria es enorme y lo absorbe todo, incluida la luz. Es por ese motivo que no podemos ver realmente nada. La singularidad, o la masa comprimida del agujero negro, está situada en el centro de todo y es bastante mucho más pequeña de lo que nos imaginamos. Lo que sí es podemos saber es su tamaño, ya que gracias al tamaño del disco se puede calcular el tamaño de la singularidad.

Sabiendo todo esto, entremos en materia de a lo que hoy veníamos a explicar: la radiación de Hawking.

La radiación de Hawking

La radiación de Hawking trata de una radiación presente en los agujeros negros y se produce en el horizonte de sucesos. Según el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros debería emitir partículas, ya que este principio determina que la fluctuación cuántica (la variación de energía en un punto) durante un instante muy breve genera una partícula-antipartícula, y para ello utiliza energía. En cuanto estas partículas-antipartículas se desintegran devuelve la mitad de la energía que utilizó devolviendo la restante de nuevo al espacio.

Agujero negro supermasivo
Concepto de un agujero negro supermasivo. NASA/JPL

Para simplificarlo de algún modo: una partícula y su antipartícula se encuentran en el borde del horizonte de sucesos, una de ellas se libera hacia el espacio y la otra vuelve a precipitarse dentro del propio agujero negro. De esta manera el agujero negro va perdiendo energía poco a poco aunque a un ritmo increíblemente lento. Imaginando la cantidad de masa que un agujero negro puede llegar a absorber, el ritmo de desintegración del mismo es abrumadoramente insignificante, aunque no por ello despreciable, pues está ahí.

Seguramente en este punto muchos os preguntaríais, ¿puede un agujero negro llegar a desaparecer?. Pues bien, según el principio de la radiación de Hawking lo cierto es que sí podría darse esa posibilidad. Aunque teniendo en cuenta lo lento que llega a desintegrarse un agujero negro y la cantidad de masa capaz de absorber, haría falta tantísimo tiempo que es inimaginable. Puede que incluso requiriera más tiempo del que nuestro universo lleva existiendo.

Para resumir todo un poco, la realidad es que los agujeros negros no son eternos monstruos devoradores: si no te acercas demasiado no te harán nada, mientras que algún día tendrán su final, como todo en el universo.

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