¿Qué emerge de un agujero negro?

NADA…

Las ondas gravitacionales, que nos llegan, por supuesto, se originan e irradian fuera del espacio-tiempo exterior. Todas las ondas gravitacionales dentro del horizonte del agujero negro están atrapadas y no pueden escapar.

Una fuente de confusión es pensar que la gravedad escapa del agujero negro. Esto en realidad no tiene sentido ya que “gravedad” es solo una palabra que describe los efectos del espacio-tiempo curvo. Algunos irán más allá y pensarán en la gravedad como gravitones que escapan de un agujero negro, lo que también está mal. Los gravitones no escapan del agujero negro, y si existen están tan atrapados como cualquier otra partícula.

Donde hay más confusión surge con la radiación de Hawking. Lo primero que debe tenerse en cuenta es que hay muchas formas o mecanismos que describen el proceso. Lo más común, quizás porque es más fácil comunicarse con el público, es la creación de pares fuera del horizonte (sí, fuera del horizonte). Otro método, suponiendo que el espacio-tiempo admite un estado de vacío de Hawking-Hartle, define la radiación de Hawking en términos de ondas entrantes y salientes en una analogía del Principio de Equivalencia con la radiación Unruh. Nuevamente, la radiación de Hawking que alcanza el infinito futuro se crea en el espacio-tiempo exterior del agujero negro.

El último bit que debe abordarse es la radiación de Hawking como un proceso de túnel cuántico. Aquí, la creación de pares ocurre justo dentro del horizonte y, por todas las apariencias superficiales, parecería que algunas partículas pueden simplemente atravesar el horizonte y entrar en el espacio-tiempo exterior. El problema de comunicar este cálculo al público en general es precisamente lo que no se comunica: la naturaleza especulativa del cálculo, el significado de un horizonte dinámico y solo la comprensión ordinaria de la mecánica cuántica básica, que es lo que se examina a continuación.

La tunelización cuántica es un proceso por el cual una partícula puede hacer un túnel a través de una barrera potencial que de otro modo estaría prohibida de manera clásica. La razón por la que esto puede suceder es que una “partícula” puede no tener una ubicación bien definida y su función de onda puede extenderse más allá de la barrera, dándole la posibilidad de estar localizada fuera de la barrera. Una partícula creada justo dentro del horizonte en un proceso de creación de pares se puede definir con una función de onda que se extiende más allá del horizonte (¡la radiación de Hawking tiene una longitud de onda máxima que es aproximadamente del tamaño del agujero negro!). No hay ningún problema con nada de esto, ya que no viola la causalidad (el horizonte se define en términos de estructura causal). Por lo tanto, la partícula es perfectamente libre para ser deslocalizada en el espacio-tiempo exterior y escapar al infinito futuro. Esto está perfectamente bien y realmente no es lo que significa escapar del agujero negro, es decir, tener una influencia causal que surge en el interior y afecta al exterior. Básicamente, no puede usar la producción de pares en el interior para enviar mensajes a alguien fuera del agujero negro.

Una cosa y solo una.

Radiación de Hawking.

Sir Stephen Hawking, por quien se llamó el fenómeno, lo predijo: la creación de un par de partículas debería ocurrir alrededor de un agujero negro que lo agotaría y eventualmente lo destruiría.

Déjame elaborar. En la teoría cuántica, si enfoca suficiente energía en un solo punto en el espacio, se formará un par de partículas (partícula más su antipartícula). Bien, sí, necesitarías mucha energía para hacerlo … pero un agujero negro, incluso uno pequeño, tiene mucho.

Imagine que esta creación de pares se lleva a cabo junto al horizonte de eventos. Partículas y antipartículas se crean a partir de la intensa energía gravitacional. En el espacio normal se unirían y se destruirían mutuamente. Pero la vecindad inmediata del horizonte de eventos de un agujero negro no es el espacio normal. Una partícula subatómica (o antipartícula) puede enviarse fácilmente al agujero negro por una colisión casual con otra partícula.

Ahora, en lugar de que ambas partículas caigan en el agujero negro o se aniquilen mutuamente, como siempre lo harán la materia y la antimateria, ¿qué pasaría si la antipartícula se dibujara en el horizonte de sucesos, pero su par de partículas fuera golpeado por otro y tu trayectoria fuera alterada? Entonces podría escapar por completo de las garras del agujero negro, especialmente si su trayectoria alterada lo lleva hacia afuera a lo largo de uno de los ejes polares del agujero negro. Una nueva partícula de materia se ha unido al Universo. Suena más bien como la anticuada teoría del ‘agujero blanco’, ¿no?

“¿Pero qué pasa con el agujero negro?” Te escucho preguntar. “¿Le sucede algo por el escape de partículas?”

Si. Mucho más. Una vez más, la teoría cuántica nos proporciona una pista útil: toda la materia es simplemente energía modelada. La materia y la energía son dos caras de la misma moneda cósmica. Entonces hacer una partícula cuesta la energía del agujero negro. Y, nuevamente debido a la dualidad de la materia y la energía, la energía perdida en realidad proviene de la masa en reposo del agujero negro. Eventualmente, la escala de tiempo depende del tamaño inicial del agujero negro, el proceso se acelerará hasta que se vuelva explosivo, y el agujero negro se evaporará en una lluvia de rayos X.

Pero hay más. En mi escenario, fue la mitad de la antimateria del par de partículas la que cayó víctima del agujero negro. Y las partículas de antimateria tienen masa negativa . Ahora, si tomas un número positivo y le sumas un número negativo, el resultado neto es lo mismo que una resta de un número positivo. Aplicamos este simple cálculo a la masa del agujero negro y descubrimos que la absorción de la antimateria en lugar de la materia acelera la pérdida de masa del agujero negro. (Absorber la partícula de materia, por supuesto, la ralentizaría nuevamente).

Wikipedia tiene una excelente página sobre la radiación de Hawking aquí.