Mini agujeros negros más fáciles de hacer de lo que se pensaba
Una instantánea de un video que muestra dos partículas golpeándose entre sí y distorsionándose en forma de panqueque antes de formar un agujero negro.
- ¿Por qué el agujero negro lanza sus quásares en 2 direcciones?
- ¿Puede una sola estrella colapsar en un agujero negro supermasivo?
- ¿Cada agujero negro tiene una singularidad?
- ¿Cómo sabemos que hay un agujero negro en el centro de nuestra galaxia si no emite luz?
- De acuerdo con la ley de la gravitación, dos objetos con ciertas masas se atraen entre sí, pero un fotón no tiene masa. ¿Cómo logran los agujeros negros o cualquier objeto con una gran masa atraer o doblar la luz hacia sí misma con su fuerza gravitacional?
Crédito: Matt Choptuik, Will East, Frans Pretorius.
La creación de agujeros negros microscópicos utilizando aceleradores de partículas requiere menos energía de lo que se pensaba anteriormente, dicen los investigadores.
Si los físicos logran crear agujeros negros con tales energías en la Tierra, el logro podría demostrar la existencia de dimensiones adicionales en el universo, señalaron los físicos.
Sin embargo, tales agujeros negros no representarían ningún riesgo para la Tierra, agregaron los científicos.
Los agujeros negros poseen campos gravitacionales tan poderosos que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Los agujeros normalmente se forman cuando los restos de una estrella muerta colapsan bajo su propia gravedad, apretando su masa.
Varias teorías sobre el universo sugieren la existencia de dimensiones adicionales de la realidad, cada una doblada en tamaños que van desde tan pequeños como un protón hasta una fracción de milímetro. A distancias comparables a los tamaños de estas dimensiones adicionales, estos modelos sugieren que la gravedad puede volverse mucho más fuerte de lo normal. Como tal, los destructores de átomos podrían juntar suficiente energía para generar agujeros negros. [5 razones por las que podemos vivir en un multiverso]
Cuando el acelerador de partículas más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, se puso en línea, los científicos se preguntaron si podría convertirse en una “fábrica de agujeros negros”, generando un agujero negro tan a menudo como cada segundo. Las partículas se deslizan a altas velocidades alrededor del destructor de átomos circular de 17 millas (27 kilómetros) antes de chocar entre sí para crear energías explosivas. En su máximo, cada haz de partículas que dispara el colisionador tiene tanta energía como un tren de 400 toneladas que viaja a aproximadamente 120 mph (195 km / h).
Cómo crear un agujero negro
Hasta ahora, los investigadores no han detectado agujeros negros en el Gran Colisionador de Hadrones. Aún así, el interés teórico en esta posibilidad sigue vivo. Ahora, utilizando supercomputadoras, los investigadores que simulan colisiones entre partículas que se acercan a la velocidad de la luz han demostrado que podrían formarse agujeros negros a energías más bajas de lo que se pensaba anteriormente.
Este nuevo descubrimiento tiene sus raíces en la teoría de la relatividad de Einstein. Primero, a través de su famosa ecuación E = mc ^ 2, Einstein reveló que la masa y la energía están relacionadas. Esto significa que cuanto mayor sea la energía de una partícula, por ejemplo, cuanto más rápido se acelere una partícula en un colisionador, mayor será su masa.
A continuación, la teoría de Einstein explica que la masa curva la estructura del espacio y el tiempo, generando el fenómeno conocido como gravedad. A medida que las partículas se deslizan dentro de los colisionadores de partículas, deforman el espacio-tiempo y pueden enfocar la energía tanto como las lentes de vidrio enfocan la luz.
Cuando dos partículas chocan, cada una puede enfocar la energía de la otra. Si los científicos usan modelos basados en la relatividad clásica que excluyen las nociones de dimensiones adicionales, “uno podría esperar la formación de un agujero negro en un tercio de la energía” de lo que previamente se esperaba, dijo a LiveScience el investigador Frans Pretorius, físico teórico de la Universidad de Princeton.
Aquí las partículas acaban de chocar y están formando un agujero negro.
Crédito: Matt Choptuik, Will East, Frans Pretorius.
Aún así, la física convencional sugiere que se necesitaría un billón, o un millón de billones de veces más energía para formar un agujero negro microscópico que el Gran Colisionador de Hadrones, de modo que incluso un tercio de eso está fuera del alcance humano. Los escenarios basados en dimensiones adicionales podrían tener agujeros negros formados con una energía más baja, “pero no hacen predicciones concretas sobre lo que debería ser”, dijo Pretorius.
Agujeros negros sin riesgo
Por más atemorizantes que puedan parecer los agujeros negros, si los aceleradores de partículas en la Tierra pueden generarlos, tales entidades infinitesimales no representan ningún riesgo para el planeta.
“El único error común sobre los pequeños agujeros negros que se pueden formar en el Gran Colisionador de Hadrones es que se tragarían la Tierra”, dijo Pretorius. “Con tanta confianza como podamos decir algo en ciencia, esto es completamente imposible”.
Para empezar, el físico teórico Stephen Hawking calculó que todos los agujeros negros deberían perder masa con el tiempo, emitiéndola como la llamada radiación de Hawking. Los diminutos agujeros negros deberían encogerse a través de esa evaporación más rápido de lo que crecen engullendo materia, muriendo en una fracción de segundo, antes de que puedan engullir cualquier cantidad significativa de materia.
Incluso si se supone que Hawking está equivocado y que los agujeros negros son más estables que eso, los pequeños agujeros negros no representarían ningún peligro. Debido a que los agujeros negros microscópicos se crearían dentro de un acelerador de partículas, deberían mantener la velocidad suficiente para escapar de la gravedad de la Tierra. Además, si alguno queda atrapado, son tan pequeños que tomaría cada uno más que la edad actual del universo destruir incluso un miligramo de materia terrestre.
“Estos agujeros negros serían demasiado pequeños para consumir una cantidad significativa de materia”, dijo Pretorius.
Pretorius y su colega William East detallaron sus hallazgos en línea el 7 de marzo en la revista Physical Review Letters.
Ahora exploremos esta pregunta …
P: ¿Es posible crear un agujero negro artificial o algo que tenga los mismos efectos? Si es así, ¿qué tan pequeño podría hacerse?
No con ninguna tecnología actual o remotamente factible. El método utilizado por el universo hoy; obtener varios soles en masa en una gran pila y esperar, es una forma bastante efectiva de crear agujeros negros.
En teoría , todo lo que necesita hacer para crear un agujero negro artificial (¿un “falso negro”?) Es obtener una gran cantidad de energía y materia en un volumen muy pequeño. El método más fácil probablemente sería usar algún tipo de aceleradores súper dúmperes masivos. El problema es que los agujeros negros son densos , y cuanto más pequeños y menos masivos son, más densos deben ser.
Un agujero negro con la masa de la Tierra sería tan pequeño que podría perderse fácilmente. Excepto por toda la gravedad.
Pero hay límites sobre cómo la materia densa puede llegar por sí sola. La densidad de un núcleo atómico, donde se concentra esencialmente toda la materia de un átomo, es aproximadamente la densidad más alta alcanzable por la materia: aproximadamente 10
18 kg / m ^ 3, o aproximadamente mil, millones, millones de veces más densa que el agua. Esta densidad es también la densidad aproximada de las estrellas de neutrones (que son básicamente núcleos atómicos gigantes).
Cuando una estrella se queda sin combustible y se derrumba, esto es lo más denso que puede obtener. Si una estrella tiene menos de aproximadamente 3 veces más masa que nuestro Sol, cuando llega a esta densidad se detiene y luego se queda para siempre. Si una estrella tiene más de 3 masas solares, a medida que se colapsa, en su camino hacia la densidad de estrellas de neutrones, se convierte en un agujero negro (un agujero negro con más masa necesita menos densidad).
El punto de largo aliento es; Para crear un agujero negro más pequeño que 3 soles (que sería lo que estás buscando, quieres mantenerlo alrededor), no se trata de cosas aplastantes. En cambio, necesitaría usar energía, y la forma más fácil de obtener un montón de energía en un solo lugar es usar energía cinética.
Existe cierto desacuerdo sobre el tamaño mínimo que puede tener un agujero negro. Sin recurrir a una física bastante exótica, de “gran cantidad de dimensiones adicionales”, el tamaño mínimo debería estar en algún lugar
gramos Eso parece pequeño, pero es muy difícil (probablemente imposible) llevar incluso tanta masa / energía a una región lo suficientemente pequeña. Un agujero negro con esta masa tendría unos 10 ^ -47 m de diámetro, que es mucho más pequeño que un solo electrón (unos 10 ^ -15 m). Pero desafortunadamente, no se puede esperar que una partícula concentre energía en una región más pequeña que la partícula misma. Entonces, usando cualquier “munición” que pueda obtener en un acelerador de partículas, encontrará que los requisitos de energía son un poco más elevados.
Simplemente decir que necesitarías acelerar las partículas a casi la velocidad de la luz no transmite la magnitud asombrosa de la cantidad de energía que necesitarías para lograr una colisión capaz de crear un agujero negro. Un par de protones necesitaría tener una “gamma” (una forma útil de hablar sobre velocidades ridículamente grandes) de aproximadamente 10 ^ 40, o un par de núcleos principales necesitaría tener una gamma de aproximadamente 10 ^ 37, cuando colisionan para que se forme un agujero negro. Esto corresponde a la energía total de toda la masa en una pequeña cordillera. A modo de comparación, un arma nuclear solo libera la energía de varios gramos de materia.
El CERN, o cualquier otro acelerador que se pueda crear, se queda corto en el sentido de que una bala salada en el ironman se queda corto.
No hay nada más en el universo que se comporte como un agujero negro. Son profundamente raros en muchos sentidos. Pero, un par de propiedades normalmente restringidas a los agujeros negros se pueden simular con otras cosas. Hay “agujeros negros artificiales” creados en laboratorios para estudiar la radiación de Hawking, pero nunca los reconocerías. La configuración experimental involucra tubos de agua, o rayos láser, y muchas computadoras. Sin gravedad, sin cosas raras de espacio temporal, nada. Si estuvieras en el laboratorio, nunca sabrías que se estaban estudiando los agujeros negros.
