Esta pregunta se ha respondido anteriormente un par de veces, como respuestas a “¿Qué es la radiación de Hawking?”, Etc.
Los agujeros negros son cuerpos negros casi perfectos, en el sentido de que absorben toda la radiación que cae sobre ellos. (Un cuerpo negro se refiere a un objeto opaco que emite radiación térmica. Un cuerpo negro perfecto es aquel que absorbe toda la luz entrante y no refleja ninguna). Se ha propuesto que los agujeros negros emitan radiación de cuerpo negro, llamada radiación de Hawking, con una temperatura eso depende de la masa del agujero negro. (La ley de Stefan-Boltzmann describe el poder irradiado desde un cuerpo negro en términos de su temperatura).
El proceso por el cual se evaporan los agujeros negros se llama radiación de Hawking o, a veces, radiación de Bekenstein-Hawking . En 1972, un físico teórico estadounidense Jacob Bekenstein (1947-2015) introdujo una idea que indica que los agujeros negros deben tener una temperatura finita y entropía. Dos años después, el reconocido físico Stephen Hawking formuló una teoría completa que describe la radiación del cuerpo negro en los agujeros negros.
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1)
En la radiación de Hawking, se produce una producción continua de pares de partículas antipartículas “virtuales” cerca del horizonte de eventos de un agujero negro debido a fluctuaciones en la energía. (El cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio, como se explica en el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg, permite la creación de pares de partículas virtuales de partículas antipartículas).
Normalmente, dicho par colisionará y se aniquilará, por lo que estas partículas se denominan “virtuales”; existen solo por un tiempo limitado. Sin embargo, debido a la fuerza de la gravedad, la antipartícula negativa puede caer en el agujero negro, mientras que la partícula positiva se escapa. Debido a que la partícula positiva esencialmente evita la aniquilación y queda en el espacio cuando la antipartícula negativa cae en el agujero negro, ya no es “virtual”, ahora es real. Mediante este proceso, el agujero negro parece haber emitido una partícula positiva. Esto es lo que se conoce como radiación de Hawking.
El año pasado, un físico en Israel realizó un experimento de laboratorio que pudo haber producido radiación de Hawking, pero aún no se ha detectado en el espacio.
Puede preguntar por qué solo la antipartícula negativa ingresa al agujero negro. Bueno, el par de partículas virtuales no son ‘partículas de energía negativa’ y una ‘partícula de energía positiva’. En cambio, la pareja forma un sistema enredado donde es imposible distinguir entre ellos. El enredo surge en situaciones en las que tenemos un conocimiento parcial del estado de dos sistemas. Este sistema enredado puede interactuar con el agujero negro y dividirse, y la interacción garantiza que la partícula emergente será la positiva. En otras palabras, cualquiera que sea la partícula que cae, tiene energía negativa en relación con un observador.
Por otra parte, típicamente, la mayor parte de la radiación de Hawking estaría hecha solo de fotones. Los fotones no tienen antifotones, por lo que podemos decir que son su propia antipartícula. Un fotón de energía negativa significa que un estado de átomo excitado, al absorber este fotón de energía negativa, en lugar de la emisión estimulada, colapsaría de nuevo al nivel del suelo.
Algunos investigadores lo explican de otra manera . Imagina que tienes dos pares partícula-antipartícula justo fuera del horizonte de eventos: para el par uno, la antipartícula cae y la partícula escapa, mientras que para el par dos, la partícula cae y la antipartícula escapa. La partícula que escapa del par uno y la antipartícula del par dos interactúan, produciendo dos fotones (que es lo que necesita para conservar tanto la energía como el impulso) , que pueden escapar como la radiación de Hawking con energía real y positiva.
¡Pero esa energía no puede ser libre! Por lo tanto, se debe restar de la masa del agujero negro, algo que puede suceder gracias a las partículas virtuales que caen de la parte original “dentro” del par “fuera-dentro” y del par “dentro-fuera”, respectivamente. ¡Así que al final, tenemos radiación que escapa y una masa más baja para el agujero negro!
De cualquier manera, con el tiempo, la adición continua de partículas negativas al agujero negro agrega energía negativa, lo que resulta en una disminución gradual de la masa del agujero negro. Esto a su vez hará que el tamaño de un agujero negro disminuya gradualmente. Con la disminución del tamaño, la temperatura del agujero negro también aumenta, hasta tal punto que el agujero negro finalmente desaparece en un estallido extremo de radiación gamma , que a veces incluye todo tipo de partículas energéticas. Esto marca el final del agujero negro.
2)
La temperatura de un agujero negro es inversamente proporcional a la masa, mientras que la ‘luminosidad’ (cantidad total de energía emitida) es inversamente proporcional al cuadrado de la masa. Cuanto más masivo es el agujero negro, más baja es su temperatura. Los agujeros negros más grandes son más fríos y más tenues. Los agujeros negros tienen masas que van desde el tamaño estelar de unas pocas masas solares, hasta agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias, como el agujero negro de 4 millones de masas solares en el centro de la galaxia de la Vía Láctea. La temperatura de tales agujeros negros es extremadamente baja, cercana a cero.
¿Evaporando agujeros negros?
En algún momento lejano en el futuro, la temperatura de fondo del universo (radiación cósmica de fondo de microondas de 2.7K en la actualidad) será más fría que los agujeros negros más fríos. Cuando esto sucede, los agujeros negros irradiarán calor lentamente, convirtiendo su masa en energía. Entonces, durante una cantidad de tiempo incomprensible, incluso los objetos vivos más largos del Universo, los poderosos agujeros negros, se desvanecerán en energía.
Sin embargo, el tiempo que tarda un agujero negro en evaporarse puede ser extremadamente largo, dependiendo de su tamaño. Los agujeros negros más pequeños se evaporan más rápido que los agujeros negros más grandes. Por ejemplo, los agujeros negros microscópicos se evaporarían en fracciones de segundos, pero se estima que un agujero negro con la masa de nuestro Sol tardaría 10 ^ 67 años en evaporarse, que es un 1 seguido de SESENTA Y SIETE CERO . Para los supermasivos en los núcleos de las galaxias, estás viendo 10 ^ 100 años y más. Esto claramente hace imposible la detección de la radiación de Hawking en el espacio.
