La evaporación de agujeros negros propuesta en su día por Stephen Hawking sería correcta, pero un estudio teórico apunta a que es extensible a cualquier cuerpo gravitatorio.
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Stephen Hawking postuló en 1974 que los agujeros negros se evaporarían siguiendo un proceso cuántico debido a la presencia de un horizonte de sucesos.
Una forma de verlo sería visualizar la creación de pares partícula-antipartícula virtuales cerca de ese horizonte. En circunstancias normales estas partículas se volverían a aniquilar entre sí y no tendría mayor importancia. Sin embargo, en las cercanías del horizonte de sucesos, una de esas partículas podría caer al agujero y el horizonte impediría su aniquilación, por lo que la partícula del exterior tomaría existencia real. La partícula en caída libre llevaría masa negativa y restaría, por tanto, masa al agujero. De la teoría de Hawking se puede deducir fácilmente que, debido a este fenómeno, la masa del agujero evolucionaría en el tiempo según esta fórmula:
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En donde M0 es la masa inicial y k es una constante que es función de la velocidad de la luz, la constante de Planck y la constante de gravitación universal.
Desde fuera sería como si hubiera un flujo constante de radiación que cada vez sería más intenso hasta que el agujero negro perdería toda su masa en un estallido final de radiación. A este tipo de radiación se le denomina radiación Hawking en honor al famoso físico británico.
Por tanto, se espera que los agujeros negros en los que ya no cae materia ordinaria y, por consiguiente, no ganan masa, vayan reduciéndose y finalmente desaparezcan en un proceso que se denomina «evaporación de agujeros negros»
Ahora, una nueva investigación teórica de Michael Wondrak, Walter van Suijlekom y Heino Falcke apunta a que Stephen Hawking tenía razón sobre los agujeros negros, pero que el fenómeno también es aplicable a otros objetos. Al parecer, para el proceso de evaporación, la presencia de un horizonte de sucesos (no de «eventos», por favor) no es tan crucial como se creía. Según este estudio, la gravedad y la curvatura del espacio-tiempo también provocan esta radiación. Esto significa que todos los objetos grandes del Universo también se evaporan por radiación Hawking.
En este nuevo estudio, aceptado para su publicación en Physical Review Letters, estos investigadores de la Universidad de Radboud revisaron el proceso de evaporación propuesto por Hawking e investigaron si la presencia de un horizonte de sucesos es realmente crucial o no. Combinaron técnicas de la física, la astronomía y las matemáticas para examinar qué sucede si se crean tales pares de partículas en los alrededores de los agujeros negros. El estudio mostró que, como también se pueden crear nuevas pares mucho más allá de este horizonte, el mecanismo de Hawking funciona lejos del mismo. Según, Michael Wondrak, además de la conocida radiación de Hawking, existe una nueva forma de radiación.
«Mostramos que mucho más allá de un agujero negro, la curvatura del espacio-tiempo juega un papel importante en la creación de radiación. Las partículas ya están separadas allí por las fuerzas de marea del campo gravitatorio», dice Van Suijlekom. Mientras que anteriormente se pensaba que no era posible la radiación sin el horizonte de sucesos, este estudio muestra que el horizonte no es necesario.
Esto significa que otros objetos masivos que no tienen un horizonte de sucesos, como los restos de estrellas muertas y otros objetos grandes en el Universo, también emiten este tipo de radiación. Después de un período muy largo, eso conduciría a que todo en el Universo finalmente se evapora, al igual que los agujeros negros.
Dejando a un lado el futuro de la expansión cosmológica, el Universo dentro de muchos billones de años estaría compuesto de agujeros negros y estrellas muertas. Así, las enanas blancas resultado de la evolución de las estrella de baja masa como el Sol habrían dejado ya de brillar y serían negras salvo de una leve emisión de radiación como la que estamos describiendo. Esta evaporación terminaría por eliminar estos restos estelares. Los agujeros negros supermasivos, los más longevos, también se evaporarían. Al final solo quedaría un fondo de radiación que rellenaría todo el espacio vacío.
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Fuentes y referencias:
Preprint en ArXiv. [2]
Gráfico: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.18521.