mecanismo de radiación de Hawking

Un agujero negro de 35 000 masas solares navega a través del gas de la galaxia como una barcaza entre la niebla. La gravedad del agujero amontona la materia que tiene delante, y detrás se forma una estela densa: una corriente de gas en la popa. Parte de ese gas es atraído hacia el agujero, que así va creciendo.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Con un agujero negro, tras chocar con otro, ocurre algo parecido: emite ondas gravitacionales que recuerdan al tañido amortiguado de una campana.

Una hoguera que no se apaga de inmediato, sino que arde en brasas durante horas porque la leña aún guarda el calor de la llama pasada. Así funciona aproximadamente el efecto memoria en los agujeros negros. Normalmente, un agujero negro diminuto, con una masa comparable a la de una montaña, debería evaporarse en fracciones de segundo, esparciendo partículas como chispas.

Una peonza gira tan rápido que el aire a su alrededor comienza a moverse al unísono. Algo similar hace un agujero negro: si rota, puede transferir su energía a las partículas que se encuentren cerca. Este proceso se llama superradiancia — se parece a un eco en las montañas, pero en lugar de sonido, se crean nuevas partículas.

Un agujero negro tiene tres leyes, como un gas ideal. La primera: la energía no desaparece. La segunda: el área del horizonte de sucesos no disminuye. Y la tercera, la más caprichosa, exige que a temperatura cero la entropía (la medida del desorden) tienda a cero o a una constante universal.

La sombra de un agujero negro no es simplemente un círculo negro. Normalmente vemos un vacío oscuro rodeado por un anillo brillante de gas caliente. Pero si un agujero negro no nació de una estrella moribunda, sino que ha existido siempre, en su sombra podría esconderse una sorpresa.

Un agujero negro no es solo un abismo. Es un caldero ardiente cuya temperatura aumenta a medida que se evapora. Los autores del estudio descubrieron que cuando el calor alcanza un umbral crítico, el agujero parece hervir.

Un remolino engulle agua, pero la mayor parte la salpica alrededor. Más o menos así se comporta un agujero negro cuando cae demasiada materia sobre él. En un nuevo estudio, los astrofísicos realizaron 32 simulaciones por computadora para entender cómo los parámetros del agujero —masa, rotación y 'apetito'— controlan estas fuentes cósmicas.

Un agujero negro no es una aspiradora perfecta. Está rodeado de un enjambre de partículas y campos, y ese enjambre altera su destino. En un nuevo trabajo, los astrofísicos examinaron cómo se comporta un campo vectorial masivo —una forma hipotética de materia oscura— cerca de un agujero negro en rotación.

En 1973, Jacob Bekenstein propuso que los agujeros negros poseen entropía —una medida del desorden oculto. Stephen Hawking lo confirmó después añadiendo la radiación, pero el origen microscópico de la entropía seguía oscuro.

El té caliente se enfría, el péndulo se detiene: la naturaleza ama el equilibrio. Pero un agujero negro con carga puede alcanzar un estado especial, extremo: la masa se vuelve mínima y la temperatura cae a cero.

Un agujero negro es un lugar del que nada puede escapar. Pero algunas teorías sugieren que, en su interior, a nivel cuántico, podría rebotar y convertirse en su opuesto: un agujero blanco, que solo expulsa materia y luz. Un grupo de físicos construyó un modelo computacional de esa transformación.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

El cosmos está lleno de ondas invisibles: ondas en el tejido del espacio que dejan tras de sí catástrofes como la colisión de agujeros negros. Un agujero negro ordinario lo absorbe todo sin dejar rastro. Pero existen objetos exóticos hipotéticos: cúmulos superdensos de materia sin horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar).

El borde del horizonte de sucesos nunca está tranquilo. El vacío cuántico hierve allí, y de esa espuma a veces escapan partículas — así fue como Stephen Hawking descubrió en 1974 la radiación de agujeros negros, vinculando para siempre la gravedad con la teoría cuántica de campos.

El Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.

Una estrella ha agotado su combustible y se contrae rápidamente bajo su propio peso. Según las ideas clásicas, colapsa en un punto de densidad infinita: la singularidad. Pero, ¿y si la naturaleza no tolera los infinitos? En los modelos de agujeros negros regulares, en el centro no surge una singularidad, sino un núcleo denso de materia desconocida.

La materia oscura no se ve con telescopios, pero su gravedad fue revelada hace medio siglo por Vera Rubin.

Un agujero negro no es solo una silueta oscura contra el fondo de estrellas. Su sombra está rodeada por un delgado anillo luminoso de fotones que dan vueltas alrededor del horizonte de sucesos antes de escapar hacia el observador.

Un agujero negro ordinario esconde en su centro una singularidad — un punto donde la densidad y la curvatura se vuelven infinitas y las leyes de la física dejan de funcionar.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

El horizonte cosmológico —el borde del universo observable, que se expande aceleradamente— es como una caja fuerte con temporizador. La información sobre lo que cruza esta frontera no desaparece, sino que regresa, pero con retraso. Los físicos han averiguado cuánto dura esa pausa.

El interior de un agujero negro está formado por capas, como una cebolla. En el nuevo modelo, en lugar de un punto infinito en el centro, hay tres regiones: un núcleo denso, una capa de transición y una corteza justo bajo el horizonte. Todas surgen de un único campo que interactúa consigo mismo.

Un agujero negro no es solo una aspiradora. Brilla débilmente, emitiendo partículas; esta idea fue propuesta por , quien relacionó la temperatura del agujero con su grado de desorden. Detectar esa radiación en el cosmos es increíblemente difícil.

Dos agujeros negros pasan uno junto al otro como coches de carreras en carriles opuestos. En la relatividad general ordinaria permanecen "calvos": no surge ningún campo adicional a su alrededor. Pero si se añade un campo escalar a las ecuaciones (algo así como una niebla invisible que impregna el espacio), las reglas cambian.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo estaba lleno de un plasma caliente y casi homogéneo. Pero en algunos lugares la densidad podía ser casualmente un poco mayor. Si ese cúmulo alcanzaba una masa crítica, colapsaba en un agujero negro — así nacían los agujeros negros primordiales.

Las observaciones del James Webb mostraron que ya 500 millones de años después del Big Bang (con corrimientos al rojo z~10), en el universo brillaban agujeros negros con masas de miles de millones de soles.

Imagina un río en un rápido: la corriente se acelera hasta que ninguna ola puede ir contra la corriente. Así es el gas cerca de un agujero negro: al alcanzar la velocidad del sonido, se encierra a sí mismo — nace un agujero negro acústico, gemelo del abismo gravitacional.

Un agujero negro, como una rueca, hace girar a su alrededor una nube de partículas ligeras: los axiones. Estas partículas son las principales candidatas a ser la materia oscura. La nube se rige por las leyes de la mecánica cuántica, asemejándose a un átomo gigante: hay niveles y transiciones entre ellos.

En el centro de una galaxia, la gravedad concentra la materia oscura formando una densa 'espina'. Esta espina oscura se asemeja a un embudo de partículas invisibles alrededor de un cuerpo masivo. Pero si tanto el centro como las partículas son agujeros negros primordiales, el panorama se rompe.

En el plasma ardiente del Universo recién nacido, justo después de la expansión inflacionaria ideada por Alan Guth, reinaba la era de dominación cinética.

En los primeros instantes tras el Big Bang, había casi la misma cantidad de materia y antimateria. Pero algo rompió el equilibrio; de lo contrario, todo se habría aniquilado en radiación y el mundo habría quedado vacío. Uno de los candidatos a 'rompedor' son los neutrinos diestros superpesados.

Todo comenzó no con el vacío, sino con un océano de plasma hirviendo. En este caldo primigenio, las ondas sonoras corrían a través de la materia ardiente, chocaban y la compactaban. A veces, un grumo se volvía tan denso que la luz ya no podía escapar, y directamente del gas incandescente nacía un agujero negro primordial.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

Un agujero negro se parece a una aspiradora perfecta: todo lo que cruza su horizonte desaparece sin dejar rastro. Pero esta aspiradora tiene una característica extraña: su 'bolsa para el polvo' crece, y por el tamaño de la bolsa se puede saber cuánto ha caído en su interior.

Una estrella se contrae bajo su propia gravedad y, en cierto momento, su destino depende de un equilibrio delicadísimo.

Dos agujeros negros giran en una danza lenta, acercándose gradualmente. Su movimiento perturba el propio espacio-tiempo, como si dos bolas pesadas rodaran sobre una sábana tensa, haciéndola vibrar. A estas vibraciones las llamamos ondas gravitacionales.

En el armario de la cocina hay un frasco de azúcar. Si lo agitas, los granos se distribuyen casi uniformemente: no hace falta colocarlos uno a uno con pinzas. Algo parecido pudo ocurrir con los diminutos agujeros negros en los primeros instantes tras el Big Bang. Su masa es como la de un asteroide y su tamaño, menor que el de un átomo.

En el centro de la Vía Láctea, como una muñeca rusa dentro de otra, se esconde un agujero negro supermasivo, y a su alrededor hay un enjambre de estrellas y una capa invisible de materia oscura. Esta capa, o "pico", en teoría debería ser muy densa justo en el horizonte.

Una bandada de diminutas bolas de hielo esparcidas en una habitación cálida. Unas se derriten más rápido, otras más lento, pero cuando solo quedan manchas húmedas, todas desaparecen de la misma manera: la última gota se evapora según la misma ley.