Radiación de Hawking en el laboratorio: ¿son los agujeros negros más simples de lo que se pensaba?

Punto sin retorno

Cuando Stephen Hawking estudió matemáticamente los agujeros negros en la década de 1970, descubrió que deben evaporarse con el tiempo. Porque las entidades cósmicas tienen un horizonte de sucesos, un “punto sin retorno”. Si te acercas al agujero negro, estás protegido del resto del espacio-tiempo. A partir de este momento ni siquiera los rayos de luz podrán escapar de la gravedad del agujero negro y ninguna señal podrá penetrar al exterior. Un horizonte de sucesos representa una ruptura real en el espacio-tiempo.

Para decirlo claramente, Hawking reconoció que los pares partícula-antipartícula se formaban en el horizonte de sucesos y deberían aniquilarse nuevamente inmediatamente. Pero el horizonte de sucesos separa las partículas asociadas entre sí. Vista desde fuera, una partícula surge, por así decirlo, de la nada. Por tanto, parecería que el agujero negro emite partículas. Esto ahora se conoce como radiación de Hawking.

«Esto no es sólo una analogía, sino una equivalencia matemática exacta».Ulf Leonhardt et al.

Pero incluso un agujero negro debe obedecer la ley de conservación de la energía. Para compensar las partículas emitidas, la radiación de Hawking influye en el campo gravitacional del agujero negro, debilitándolo. Entonces pierde masa.

Al menos esa es la teoría. Hasta el momento no disponemos de los medios técnicos para estudiar la radiación de Hawking procedente de un agujero negro. Sin embargo, muchos expertos están convencidos de que el proceso preciso mediante el cual se genera la radiación y su influencia en el campo gravitacional del agujero negro podrían proporcionar pistas valiosas para resolver la paradoja de la información.

Radiación de Hawking en cables de fibra óptica.

Leonhardt y su equipo observaron análogos ópticos. Para ello utilizaron cables de fibra óptica. Utilizando varios pulsos de luz, modularon los cables para que las ecuaciones relevantes que describen la propagación de ondas en el sistema coincidieran con las de un horizonte de sucesos. «Esto no es sólo una analogía, sino una equivalencia matemática exacta», escriben los investigadores en su artículo, porque la ecuación de propagación de ondas en esta estructura corresponde exactamente a la ecuación de ondas de la teoría general de la relatividad.

Los expertos ya habían creado un horizonte de eventos de este tipo al incluir la radiación de Hawking en su laboratorio en 2019. Ahora querían analizar con más detalle el proceso que rodea la creación de la radiación. «Hasta ahora se suponía que la radiación de Hawking provenía de un complicado proceso en cascada», escriben en su publicación; esta suposición se aplica tanto a los análogos ópticos como al original cósmico. Como resultado, varios procesos cuánticos interactuarían para producir la radiación.

Pero cuando se implementó, surgió un panorama diferente. En el modelado, los investigadores identifican un término de interacción óptica simple que acopla directamente los modos de frecuencia positivos y negativos. En la imagen transmitida esto significa que la radiación de Hawking es generada directamente por el campo gravitacional simulado.