Un grupo de investigadores plantea que, con los telescopios existentes, podría ser posible detectar la radiación de Hawking. Es algo que permitiría demostrar una predicción realizada por Stephen Hawking en 1974. De poder observarla, estaríamos ante uno de los momentos más importantes de la astronomía moderna…
Detectar la radiación de Hawking parece casi ciencia ficción
En 1974, Stephen Hawking planteó que los agujeros negros deberían emitir partículas, además de absorberlas. Es lo que se conoce como radiación de Hawking que, por ahora, no ha sido observada. Un grupo de investigadores, sin embargo, ha determinado que debería ser observable con los telescopios que existen hoy en día y que son capaces de detectar las partículas más energéticas de la luz. Cuando dos agujeros negros colisionan y se fusionan (o choca una estrella de neutrones con un agujero negro) emiten ondas gravitacionales. Ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo.
Algunas de esas ondas gravitacionales llegan a la Tierra miles de millones de años después. Estas ondas fueron predichas por Einstein en 1916 (y detectadas por primera vez con los detectores LIGO). Desde entonces, se han detectado docenas de ondas gravitacionales procedentes de colisiones de agujeros negros. Estas colisiones también, se plantea, podrían crear fragmentos de agujeros negros. Se trata de pequeños agujeros negros con una masa similar a la de un asteroide, creados en el campo gravitacional extremadamente intenso de la colisión.
Esto surge por los llamados efectos de alta velocidad, no lineales, de la relatividad general. Estas no linealidades surgen debido a las soluciones, inherentemente complejas, de las ecuaciones de Einstein, a medida que las masas y el espacio-tiempo curvado se retroalimentan. Ambos responden y crean nuevo espacio-tiempo y masas. Esta complejidad, además, genera ráfagas de rayos gamma. Esas ráfagas tienen características similares, con un pequeño retraso respecto a la colisión, que equivale a su tiempo de evaporación. Un fragmento de 20 kilotoneladas tendrá un tiempo de evaporación de 16 años.
Los diminutos agujeros negros y sus señales
Esta cifra puede variar de manera dramática, porque el tiempo de evaporación es proporcional a la masa de ese fragmento de agujero negro elevada al cubo. Es decir un fragmento más masivo, en un primer momento, proporcionará una señal de rayos gamma más estable, caracterizada por partículas con una energía más baja, proporcional a algo denominado temperatura de Hawking. Esa temperatura es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. El equipo de investigación ha mostrado algo muy interesante en todo este asunto.
A través de cálculos, utilizando código fuente público (llamado BlackHawk) para determinar el espectro de evaporación de Hawking para cualquier distribución de agujeros negros, han determinado que la radiación de Hawking de los fragmentos de agujeros negros crean ráfagas de rayos gamma con una huella muy característica. Este tipo de fenómenos podrían tener múltiples señales (en forma de ondas gravitacionales, radiación electromagnética y emisiones de neutrinos). Es lo que se conoce como astronomía multimensajera.
Es parte de los programas de observación de los detectores de ondas gravitacionales de LIGO (en Estados Unidos), VIRGO (Italia) y KAGRA (Japón). Las señales visibles de la evaporación de agujeros negros siempre incluirá fotones por encima del rango de los TeV (teraelectronvoltios). Esto supone una magnífica oportunidad, explica el grupo, para que los telescopios Cherenkov atmosféricos de alta energía puedan detectar la radiación de Hawking. Estos telescopios son platos de antena en la superficie, que pueden detectar fotones muy energéticos (de rayos gamma).
La radiación de Cherenkov para detectar radiación de Hawking
Específicamente, pueden captarlos en el rango de energía de 50 GeV (gigaelectronvoltios) a 50 TeV. Estas antenas lo logran al detectar los destellos de radiación de Cherenkov, que se producen a medida que los rayos gamma descienden por la atmósfera, viajando más rápido que la velocidad de una onda ordinaria de luz en el aire. Hay que recordar que la luz viaja algo más lentamente en el aire que en el vacío. La radiación de rayos gamma de Hawking, al descender por la atmósfera, supera ese valor, creando radiación de Cherenkov a su paso.
La luz azul que podemos ver en las piscinas de agua que rodean a las varas de reacción en un reactor nuclear son otro ejemplo de radiación de Cherenkov. Ahora hay cuatro telescopios que pueden detectar estas cascadas de radiación: HESS (en Namibia), MAGIC y FACT (en La Palma, en Canarias) y VERITAS (en Arizona). Cada uno utiliza tecnología diferente, pero todos pueden observar en ese rango de energía. Detectar la radiación de Hawking permitiría entender mejor la formación de fragmentos de agujeros negros, y la producción de partículas con energías más altas que lo que se puede obtener en la Tierra.
Además, pueden transportar señales de nueva física, como supersimetría, dimensiones adicionales… El planteamiento de los investigadores resulta muy interesante porque se puede captar ahora mismo. Gracias a telescopios que ya están en funcionamiento y que, por tanto, no sería necesario esperar a algún momento en un futuro relativamente cercano. Si se detectase, sería la primera evidencia del comportamiento a nivel cuántico de los agujeros negros. Algo que obligaría a replantearse todo lo que se sabe sobre agujeros negros…
Estudio
El estudio es G. Cacciapaglia, S. Hohenegger, F. Sannino; «Measuring Hawking Radiation from Black Hole Morsels in Astrophysical Black Hole Mergers». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
