Los agujeros negros permanecen como uno de los misterios más grandes del cosmos, por lo que cualquier avance que se pueda dar sobre ellos sería un gran logro. Justo por este motivo es que una simulación de agujero negro podría aportar información muy valiosa sobre la radiación elusiva que teóricamente es emitida por un agujero negro real.

Usando una cadena de átomos en una sola fila para poder simular el horizonte de eventos de un agujero negro, en el año 2022 un equipo de físicos pudo observar el equivalente a los que se conoce como ‘radiación de Hawking’, que son partículas nacidas de perturbaciones en las fluctuaciones cuánticas causadas por la ruptura del agujero negro en el espacio-tiempo.

Pero, ¿cómo es que esto podría ayudar a los científicos a resolver la tensión entre dos marcos que actualmente son irreconciliables para describir nuestro universo? Pues para esto debemos de tener en cuenta a la teoría general de la relatividad, que describe el comportamiento de la gravedad como un campo continúo conocido como espacio-tiempo; y a la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de partículas discretas utilizando las matemáticas de la probabilidad.

¿Por qué es importante la coexistencia de estas teorías?

Para una teoría unificada de la gravedad cuántica que pueda aplicarse universalmente, estas dos teorías inmiscibles necesitan encontrar una manera de llevarse bien.

Aquí es en donde entran en juego los agujeros negros, que posiblemente representan el misterio más extraño y extremo conocido en le universo. Estos “objetos” masivos son tan densos que, dentro cierto rango de distancia del centro de masa del agujero negro, ninguna velocidad conocida en el universo es suficiente para poder escapar. Como sabrás, ni siquiera la velocidad de la luz.

¿Qué es el horizonte de eventos y por qué es relevante?

Esa distancia, que varía según la masa del agujero negro, se llama horizonte de eventos. Una vez que un objeto cruza su límite, solo podemos imaginar lo que sucede, ya que nada regresa con información vital sobre su destino. Pero en 1974, Stephen Hawking propuso que las interrupciones en las fluctuaciones cuánticas causadas por el horizonte de eventos resultan en un tipo de radiación muy similar a la radiación térmica.

Si esta radiación de Hawking existe, es demasiado débil para que la detectemos. Es posible que nunca la destilemos de la estática siseante del Universo. Pero podemos investigar sus propiedades creando análogos de agujeros negros en entornos de laboratorio.

¿Qué novedades trajo esta simulación de agujero negro liderada por Lotte Mertens de la Universidad de Ámsterdam?

Esto se había hecho antes, pero en noviembre de 2022, un equipo liderado por Lotte Mertens de la Universidad de Ámsterdam en los Países Bajos intentó algo nuevo.

Una cadena unidimensional de átomos sirvió como un camino para que los electrones ‘saltaran’ de una posición a otra. Al ajustar la facilidad con la que puede ocurrir este salto, los físicos pudieron hacer que ciertas propiedades desaparecieran, creando efectivamente una especie de horizonte de eventos que interfirió con la naturaleza ondulatoria de los electrones.

¿Qué descubrieron sobre la radiación de Hawking simulada?

El efecto de este horizonte de eventos falso produjo un aumento de temperatura que coincidió con las expectativas teóricas de un sistema de agujero negro equivalente, dijo el equipo, pero solo cuando parte de la cadena se extendía más allá del horizonte de eventos.

Esto podría significar que el entrelazamiento de partículas que cruzan el horizonte de eventos es fundamental para generar la radiación de Hawking.

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Conclusiones finales sobre la simulación de agujero negro

La radiación de Hawking simulada solo fue térmica para un cierto rango de amplitudes de salto, y bajo simulaciones que comenzaron imitando un tipo de espacio-tiempo considerado ‘plano’. Esto sugiere que la radiación de Hawking puede ser térmica solo dentro de un rango de situaciones y cuando hay un cambio en la curvatura del espacio-tiempo debido a la gravedad.

Es poco claro qué significa esto para la gravedad cuántica, pero el modelo ofrece una forma de estudiar la aparición de la radiación de Hawking en un entorno que no está influenciado por las dinámicas salvajes de la formación de un agujero negro. Y, debido a que es tan simple, puede ponerse a trabajar en una amplia gama de configuraciones experimentales, dijeron los investigadores.

Los investigadores comentaron: “Esto puede abrir un camino para explorar aspectos cuántico-mecánicos fundamentales junto con la gravedad y los espacios-tiempos curvados en varios entornos de materia condensada”.

El estudio sobre la simulación de agujero negro ha sido publicado en Physical Review Research, proporcionando una base sólida para futuras investigaciones en este fascinante campo de estudio.