¿Qué es un agujero negro? 8 claves para comprender uno de los mayores misterios del universo.

¿Cuántos tipos hay? ¿Toda estrella es un agujero negro en potencia? Cuál es el rol que tuvieron Albert Einstein y Stephen Hawking . 

Roberto Emparan, físico e investigador responde las preguntas más frecuentes.

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Son uno de los objetos más misteriosos y sugerentes del Universo… pero ¿qué son  exactamente los agujeros negros? Por qué fascinan tanto a los científicos y no científicos, a qué se debe su particularidad gravitacional y en qué lugar del universo se encuentran. 

Aquí algunas respuestas a uno de los grandes misterios de la astronomía que dio Roberto Emparan, físico e investigador de ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados) del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona.

1. ¿Qué es un agujero negro?

Un lugar del espacio de donde nada puede escapar, ni siquiera la luz.

2. ¿Por qué no todas las estrellas se convierten en agujeros negros?

Tan solo forman agujeros negros las estrellas muy masivas. Cuando agotan su combustible al final de su vida, colapsan sobre sí mismas de forma catastrófica e imparable y en su desplome forman un pozo en el espacio: un agujero negro.

Si no son tan masivas, la materia de la que están hechas puede detener el colapso y formar una estrella moribunda que apenas brilla: una enana blanca o una estrella de neutrones.

3. ¿Cuántos tipos de agujeros negros hay?

Los agujeros negros se distinguen por su tamaño. Los estelares son los que tienen masas comparables a la del Sol y radios de decenas o cientos de kilómetros.

Aquellos cuyas masas son millones o hasta miles de millones de veces la masa del Sol, son los agujeros negros supermasivos de los núcleos de las galaxias.

También es posible que existan -pero todavía no se han detectado- agujeros negros intermedios, de centenares de miles de masas solares, y agujeros negros primordiales, formados al comienzo del Universo, con masas que podrían ser muy pequeñas.

4. ¿Por qué nada puede escapar de un agujero negro?

La fuerza de su gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción. Y si la luz, que es lo que más rápido viaja en nuestro Universo no puede salir, entonces nada podrá hacerlo.

Imágenes de los campos magnéticos de un agujero negro

5. ¿Los agujeros negros pueden estar ubicados en cualquier lugar del Universo?

Sí. Creemos que en la mayoría de las galaxias hay un agujero negro supermasivo en su centro y centenares de miles de agujeros negros estelares.

El agujero negro conocido más cercano a la Tierra se halla a unos 3.000 años-luz de nosotros.

6. ¿Qué es el horizonte de sucesos?

El borde del agujero negro, el límite más allá del cual es imposible ver nada, ni escapar de él si uno lo cruza.

7. ¿Quiénes son los científicos que más han contribuido a saber sobre los agujeros negros?

Albert Einstein formuló la teoría que los predice, aunque él nunca llegó a entenderlos ni aceptarlos. Karl Schwarzschild fue el primero en hallar una solución de las ecuaciones de Einstein que describe un agujero negro (si bien él murió antes de que esto se entendiese). John Wheeler los popularizó y les dio el nombre más acertado de la historia de la física. Stephen Hawking describió sus propiedades y nos dejó un paradoja al intentar conjugar los agujeros negros con la física cuántica.

8. ¿Por los agujeros negros qué fascinan más allá de a los científicos?

Los agujeros negros combinan de forma única elementos que todos podemos compartir: la fascinación de lo absoluto en esas prisiones de oscuridad total, incondicionales y definitivas; la intriga sobre el misterioso destino de lo que entra en ellos; la dificultad casi imposible de entender qué le sucede al tiempo en el agujero negro. Y además, todo esto con un nombre que es el mayor acierto comercial de la ciencia: científicamente apropiado, breve, sencillo, y hasta un punto sexy.

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Imagen de portada: Los agujeros negros, uno de los mayores misterios del universo

FUENTE RESPONSABLE: Página 12. Argentina.Por Roberto Emparan, físico e investigador de ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados) del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona.

Astronomía/Ciencia/Universo/Agujeros negros

Ponen a prueba teoría de Stephen Hawking sobre los agujeros negros y la materia oscura.

Una reciente investigación intenta comprobar si los agujeros negros se originaron tras el Big Bang y si estos están conformados por materia negra, una sustancia que se encuentra en el espacio y de la que poco se conoce.

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Un modelo alternativo de cómo se formó el Universo propone que los agujeros negros se pudieron crear inmediatamente tras el Big Bang, lo que podría explicar qué es la materia oscura y cómo surgieron los agujeros negros supermasivos, idea sugerida inicialmente por el reconocido científico británico Stephen Hawking y su colega Bernard Carr en la década de 1970.

Una reciente investigación, dada a conocer este viernes (17.12.2021) por la revista especializada The Astrophysical Journal, sugiere que los agujeros negros primordiales, que habrían existido desde el inicio del universo, podrían formar a su vez la materia oscura, que es aún desconocida y de la que solo se conocen algunas propiedades.

La investigación demuestra que, «sin introducir nuevas partículas o nueva física, podemos resolver misterios de la cosmología moderna, desde la naturaleza de la materia oscura hasta el origen de los agujeros negros supermasivos», señaló uno de los autores, Nico Cappelluti, de la Universidad de Miami (Estados Unidos).

El misterio del tamaño de los agujeros negros

En teoría, si la mayoría de los agujeros negros se formaron inmediatamente después del Big Bang, podrían haber empezado a fusionarse en el Universo primitivo, formando agujeros negros cada vez más masivos con el tiempo.

«Los agujeros negros de distintos tamaños siguen siendo un misterio. No entendemos cómo los de tipo supermasivo han podido crecer tanto en el tiempo relativamente corto desde que existe el Universo», destacó Günther Hasinger, Director científico de la Agencia Espacial Europea (ESA) y también autor del estudio.

En el otro extremo de la escala, también podría haber agujeros negros muy pequeños, como sugieren las observaciones de la misión Gaia de la ESA, y si existen, son demasiado pequeños para haberse formado a partir de estrellas moribundas.

¿Cómo podrían haberse formado el resto de los agujeros negros?

Según este modelo, el Universo estaría lleno de agujeros negros por todas partes y las estrellas comenzarían a formarse alrededor de estos cúmulos de «materia oscura», creando sistemas solares y galaxias a lo largo de miles de millones de años.

Si las primeras estrellas se formaron realmente alrededor de los agujeros negros primordiales, esto significa es estos «existirían antes en el Universo de lo que espera el modelo estándar».

«Los agujeros negros primordiales, si es que existen, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales se forman todos los agujeros negros, incluido el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea», afirmó otro de los autores, Priyamvada Natarajan, de la Universidad de Yale.

Nuevas tecnologías para saber más sobre el origen.

La misión Euclid de la ESA, que explorará el Universo oscuro con más detalle que nunca, podría desempeñar un papel importante en la búsqueda de agujeros negros primordiales como candidatos a materia oscura.

Además, el nuevo telescopio espacial James Webb, una «máquina del tiempo cósmica» que se remontará a más de 13.000 millones de años, arrojará más luz sobre este misterio.

Si las primeras estrellas y galaxias ya se formaron en la llamada «edad oscura», el James Webb, que está previsto que se lance antes de que termine este año, debería ser capaz de ver pruebas de ellas, añadió Günther.

Imagen de portada: Imagen de un agujero negro dada a conocer el 25 de marzo de este año por el Instituto de Astronomía y Ciencias del Espacio de Corea del Sur.

FUENTE RESPONSABLE: Made for Minds. Diciembre 2021

Astronomía/Ciencia/Investigación/Teoría/Astrofísica/Materia negra/Big Bang/Universo

 

Un nuevo tipo de materia oscura podría dejarse ver mediante ondas gravitacionales.

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Un nuevo tipo de materia oscura, que se comporta como ondas invisibles que rebotan alrededor de las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea, podría ser descubierto empleando un avanzado detector de ondas gravitacionales.

Un grupo de científicos de la Universidad de Cardiff, en Reino Unido, sostiene que una nueva clase de materia oscura podría ser detectada mediante el análisis de ondas gravitacionales. Con ese objetivo, los investigadores ya están utilizando un potente y avanzado detector, que incorpora un interferómetro láser. El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nature.

Según una nota de prensa, tradicionalmente se creía que la materia oscura, que aunque todavía no ha podido ser observada se sabe que constituye aproximadamente el 85% de toda la materia del universo, estaba compuesta por partículas elementales pesadas. Sin embargo, como todavía no ha podido ser detectada los científicos están ampliando poco a poco sus concepciones y considerando otras alternativas.

Ondas invisibles.

Una de las posibilidades, que constituiría un nuevo tipo de materia oscura, se encuentra en un concepto que se ha denominado campo escalar. De acuerdo a esta hipótesis, la materia oscura estaría conformada por ondas invisibles que rebotan en las inmediaciones de las galaxias, incluyendo por supuesto a la Vía Láctea. Los científicos británicos creen que las ondas gravitacionales podrían revelar a ese tipo de materia oscura.

Para lograr este objetivo, están utilizando el detector GEO 600, desarrollado por Reino Unido y Alemania. Se trata de un interferómetro laser altamente sensible, que se empleó para producir gran parte de la tecnología necesaria para detectar ondas gravitacionales. Ahora, se está usando por primera vez para intentar resolver el misterio de la materia oscura.

La nueva técnica.

La interferometría es un método de medición que aplica el fenómeno de interferencia de las ondas, ya sea que se trate de ondas de luz, radio, sonido o gravitacionales. ¿Cómo funciona? Dos rayos de luz, o generalmente un rayo desdoblado en dos, conforman un patrón de interferencia donde se superponen los dos rayos.

Como la longitud de onda del rayo visible es extremadamente corta, pueden detectarse pequeños cambios en las diferencias de las trayectorias ópticas, o sea la distancia recorrida entre los dos rayos, al producirse notables variaciones en el patrón de interferencia. Debido a estas características, la interferometría óptica se ha transformado en una técnica de medición de enorme valor desde hace más de cien años: además, últimamente su precisión se ha mejorado claramente con la aplicación del láser.

En el interior de un interferómetro láser, dos haces de luz rebotan entre espejos antes de encontrarse en un detector. Gracias a esto, los científicos pueden medir con absoluta precisión la desincronización existente entre ambos rayos de luz, que funciona como un indicador de cualquier perturbación que encuentren los rayos. De esa forma pueden detectar las ondas gravitacionales, y ahora también quizás la materia oscura.

Tema relacionado: La materia oscura está atrapando a la Vía Láctea.

¿El fin del misterio sobre la materia oscura?

Según explicaron los científicos, las vibraciones de los espejos colocados en instrumentos como el detector GEO600 perturbarían a los rayos de luz de una forma particular, que sería característica de la nueva clase de materia oscura y que marcaría una diferencia en cuanto a la identificación de las ondas gravitacionales. Los investigadores creen que serían capaces de detectarla mediante esta técnica, en función de las propiedades exactas de este tipo de materia oscura conocido como campo escalar.

Aunque los detectores fueron creados originalmente para buscar ondas gravitacionales, los especialistas sostienen que pueden ser muy útiles para descubrir finalmente a la materia oscura. El efecto gravitacional de este tipo de materia en los objetos de todo el universo es evidente, por eso los científicos están convencidos de su existencia. Por ejemplo, esta materia invisible puede explicar los giros y la formación de las galaxias, entre otros importantes aspectos.

Referencia

Direct limits for scalar field dark matter from a gravitational-wave detector. Vermeulen, S.M., Relton, P., Grote, H. et al. Nature (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04031-y

Imagen de portada: Gentileza de Pexels en Pixabay.

FUENTE RESPONSABLE: Tendencias XXI. Por Pablo Javier Piacente. Diciembre 2021

Campo escalar/Astronomía/Interferómetro láser/Materia oscura/Ondas gravitacionales/Agujeros negros.

 

 

 

 

Los agujeros negros podrían estar expandiéndose junto con el universo.

La expansión acelerada del universo podría estar afectando el tamaño de los agujeros negros, según un equipo de astrofísicos.

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En 2015, dos agujeros negros fueron capturados fusionándose cuando se detectaron en la Tierra las ondas en el espacio-tiempo que crearon. 

Desde entonces, los detectores de ondas gravitacionales han encontrado muchas más de estas fusiones, ampliando nuestra comprensión de las colisiones más épicas conocidas por la ciencia. 

Ahora, un equipo de astrofísicos que examina los datos de estas detecciones ha propuesto que los agujeros negros supermasivos en realidad se están expandiendo junto con el universo mismo.

El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, pero no es que todo simplemente se esté agrandando. Más bien, enormes masas como las galaxias se están alejando más de nosotros (y entre sí) a medida que el espacio intermedio se expande. 

No experimentamos esta expansión localmente, porque la gravedad mantiene unido nuestro sistema solar y otras colecciones de materia, pero podemos ver la expansión cuando miramos hacia el espacio y notamos galaxias distantes que se alejan de nosotros (la luz que vemos de ellas es de tipo “rojo desplazado”, lo que significa que las longitudes de onda se han extendido por el espacio expandido). 

Nadie sabe exactamente por qué el universo se está expandiendo cada vez más rápido, pero los astrofísicos culpan a algo inexplicable llamado energía oscura.

Sin embargo, según un nuevo estudio de investigación, la expansión del universo puede estar agrandando ciertos objetos. 

Los agujeros negros supermasivos tienen masas lo suficientemente grandes y vidas lo suficientemente largas como para verse afectados por esta expansión, argumentan los investigadores, lo que significa que, a diferencia de la Tierra o el Sol u otros objetos ligados gravitacionalmente, los agujeros negros crecen notablemente a lo largo del universo. El artículo fue publicado en Astrophysical Journal Letters.

La detección de 2015 fue realizada por la colaboración LIGO-Virgo, experimentos subterráneos que utilizan rayos láser y espejos para atrapar ondas en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. El equipo detrás del nuevo artículo observó los agujeros negros como los dos objetos que causaron la señal de 2015.

“En cualquier fusión individual, LIGO Virgo ve algo así como los últimos 10 segundos del emocionante tráiler de una nueva serie. Nuestro modelo propuesto describe todo el arco de la historia de la serie completa, colocando en contexto los clips utilizados para hacer el tráiler”, explicó Duncan Farrah, astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa, en un correo electrónico a Gizmodo.

El equipo modeló el tamaño de los agujeros negros en proporción a la expansión del universo y descubrió que los agujeros negros crecerían a medida que giraban en espiral uno hacia el otro. (Esta expansión de los agujeros negros sucedería incluso a los que no estuvieran girando en espiral entre sí, pero esos son los que podemos ver a través de las detecciones de sus ondas gravitacionales). Y los agujeros negros en los centros de las galaxias también se expandirían junto con el universo.

Kevin Croker, también astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa y coautor del artículo, dijo a Gizmodo en un correo electrónico que “hemos propuesto que la masa de cualquier agujero negro es proporcional al tamaño del universo, elevado a algún exponente. Este exponente da la ‘fuerza’ del acoplamiento. En cualquier universo en expansión, todas las masas de agujeros negros crecerán de esta manera. Si la expansión del universo se acelera, las masas de los agujeros negros crecerán cada vez más rápido. Por lo tanto, no es la aceleración de la expansión lo que causa el crecimiento, solo la expansión en sí”.

Por lo general, los agujeros negros se modelan en un universo que no se expande; básicamente, es una medida momentánea que permite a los astrofísicos calcular cosas como la masa de un agujero negro sin tener que preocuparse por cómo la expansión del universo como cambia las cosas.

Imagen de un artista de un agujero negro supermasivo en su disco de acreción, arrojando un chorro de partículas.Ilustración: NASA/JPL-Caltech

Los agujeros negros, que son los objetos más densos conocidos en el universo y se forman cuando las grandes estrellas colapsan sobre sí mismas, pueden unirse en fusiones que tienen lugar durante escalas de tiempo muy largas, a veces miles de millones de años. Debido a la duración de estas fusiones, significa que el tamaño del universo cuando se formaron los agujeros negros era mucho más pequeño que la versión que existe cuando los agujeros realmente chocan. Según Michael Zevin, astrofísico de la Universidad de Chicago, becario del Hubble de la NASA y coautor del artículo, las masas involucradas en cualquier fusión dependerían de sus tamaños originales en la formación, la forma y el tamaño de sus órbitas y, por supuesto, su edad.

Esto sigue siendo en gran medida una hipótesis, pero el acoplamiento cosmológico, es decir, las propiedades de una partícula u objeto vinculadas a las propiedades del cosmos, existe en otros lugares. Los fotones, o partículas de luz, están cosmológicamente acoplados, pero a la inversa: mientras que los agujeros negros ganan energía a medida que crecen, los fotones pierden energía a medida que el universo se expande, porque sus longitudes de onda se alargan con el tiempo.

Lo que hace que esto sea aún más impactante es que el rasgo de acoplamiento no sería exclusivo de los agujeros negros y los fotones. Gregory Tarlé, astrofísico de la Universidad de Michigan y coautor del artículo, dijo en un correo electrónico que la materia de las masas más comunes, como tu propio cuerpo o el núcleo del Sol, se acoplaría muy, muy débilmente con la tasa de expansión del universo. “Parecería que el efecto solo se vuelve observable en los entornos más extremos de nuestro universo: agujeros negros y, posiblemente, estrellas de neutrones”, dijo Tarlé.

Por ahora, esto es solo una idea, pero una vez que se construya un nuevo detector de ondas gravitacionales, las personas que estudien estas ondas podrán localizar sus orígenes con mucha mayor especificidad y comprender mejor cómo se produjeron las colisiones. Los nuevos telescopios que se lanzarán en breve podrán captar imágenes de casi cualquier evento dentro del universo observable, lo que permitirá a los astrónomos observar mejor estos fenómenos y sus efectos. Quizás estemos al borde de un descubrimiento.

Imagen de la portada: Ilustración: NASA/CXC/A.Hobart

FUENTE RESPONSABLE:  GIZMODO. Por ByIsaac Schultz. Septiembre 2021.

Espacio/Agujeros negros/Expansión/Ciencia/Investigación

Astrónomos descubren dos agujeros negros supermasivos en rumbo de colisión en una galaxia cercana.

Estos agujeros negros están más cerca de la Tierra que cualquier otro par de agujeros negros supermasivos conocido.

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Si miras a través de un telescopio estándar, la cercana galaxia NGC 7727 parecerá una especie de telaraña flotando en el cielo nocturno. Pero dentro de ella hay dos agujeros negros supermasivos que han comenzado una danza que terminará con su violenta fusión. Como descubrió recientemente un equipo de astrónomos, cuya investigación se publicará en Astronomy & Astrophysics, estos objetos están más cerca de la Tierra que cualquier otro par de agujeros supermasivos conocido.

Uno de los agujeros negros tiene 6,3 millones de veces la masa del Sol, mientras que el otro tiene la friolera de 154 millones de masas solares. El dúo se encuentra a 89 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Acuario. Los astrónomos pudieron determinar la masa de ambos objetos estudiando cómo su atracción gravitacional afectaba a las estrellas cercanas.

Los agujeros negros supermasivos acechan desde el centro de las galaxias. Nuestra propia galaxia alberga a Sagitario A*, un agujero negro de aproximadamente 4 millones de masas solares que se encuentra a 26.000 años luz de la Tierra. Cuando dos galaxias se fusionan, los agujeros negros terminan dando vueltas entre sí hasta que finalmente se fusionan. Estas fusiones entre dos agujeros negros son algunos de los fenómenos astrofísicos más violentos del universo, y generan las ondas gravitacionales que predijo Einstein y que fueron observadas por primera vez por el Observatorio de ondas gravitacionales LIGO en 2015.

“Una vez que los agujeros negros se acerquen mucho más entre sí, se unirán gravitacionalmente y comenzarán a orbitarse el uno al otro”, dijo la autora principal del estudio, Karina Voggel, en un correo electrónico a Gizmodo. “Esto es observable en teoría, pero esta etapa en la evolución de los agujeros negros dura sólo un corto tiempo a escala de tiempo cósmica, y hasta ahora no lo hemos observado”. Voggel, un astrónomo de la Universidad de Estrasburgo, dijo que fusiones de galaxias como esta podrían aumentar el número total de agujeros negros supermasivos hasta en un 30%.

“Actualmente, LIGO puede detectar ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros que tienen un par de veces la masa de nuestro Sol”, agregó Voggel. “Cuando la misión espacial LISA entre en funcionamiento en unos pocos años, seremos capaces de detectar también los eventos de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de tales agujeros negros supermasivos”.

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The Doubly Warped World of Binary Black Holes

Si bien la galaxia es visible a través de un telescopio normal, cuando se ve a través del Very Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur, se pueden distinguir pequeños orbes de luz dentro de la galaxia que marcan dónde están los agujeros negros. (La atracción gravitacional de los agujeros negros es tan fuerte que la luz no puede escapar de ellos, pero los objetos a menudo están rodeados de plasma sobrecalentado que brilla intensamente).

“La pequeña separación y velocidad de los dos agujeros negros indican que se fusionarán en un único agujero negro monstruoso”, dijo el autor del estudio Holger Baumgardt, astrofísico de la Universidad de Queensland en un comunicado del ESO.

La astronomía de los agujeros negros está a punto de recibir un impulso vital, ya que el Very Large Telescope será reemplazado por un nuevo telescopio a finales de esta década. Este nuevo telescopio se ubicará en lo alto del desierto de Atacama chileno, un lugar atractivo para los astrónomos por su altitud, sus cielos despejados y la falta de contaminación lumínica.

“Esta detección de un par de agujeros negros supermasivos es solo el comienzo”, dijo Steffen Mieske, astrónomo del ESO y coautor del estudio. “Podremos hacer detecciones como ésta considerablemente más lejos de lo que es posible actualmente. El nuevo telescopio será fundamental para comprender estos objetos”.

Los observatorios modernos de ondas gravitacionales son capaces de detectar las ondas que se producen en el espacio-tiempo creadas por las colisiones de los agujeros negros, así como las colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones. Pero probablemente no tendremos la oportunidad de ver a esta pareja de agujeros negros darse su abrazo final, ya que según los investigadores tendrá lugar “dentro de los próximos 250 millones de años”.

Imagen de portada: Gentileza de NASA La galaxia NGC 7727 (derecha) y una vista ampliada (izquierda) que muestra los dos núcleos galácticos que contienen los dos agujeros negros supermasivos.

FUENTE RESPONSABLE: GIZMODO. Por Bylsaac Schultz.Diciembre 2021

Espacio/Universo/Agujeros negros/Planeta tierra

Un experimento cuántico consigue crear algo de la nada.

Investigadores del Dartmouth College han demostrado que es posible producir la luz a partir del vacío cuántico, lo que significa que es posible obtener algo de la nada y que cada vez nos acercamos más al control del misterioso vacío cuántico.

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Investigadores del Dartmouth College, una de las universidades más antiguas de Estados Unidos, han demostrado teóricamente que es posible producir luz a partir del vacío cuántico.

“En esencia, hemos producido algo de la nada; la idea de eso es genial», expresa el profesor de física Miles P. Blencowe, autor principal del estudio, en un comunicado.

En la física clásica, el vacío se considera la ausencia de materia, luz y energía. En física cuántica, sin embargo, el vacío se define como el estado cuántico que contiene la menor energía posible, a pesar de lo cual, según el astrofísico británico Martin Rees, determina a largo plazo el destino del universo.

En su interior fluctúan fotones, partículas de luz que no necesitan un medio material para propagarse: existen y dejan de existir en un proceso interminable.

Lo que ha conseguido la nueva investigación es dar con una forma viable de detectar los fotones que aparecen y desaparecen en el interior del vacío cuántico.

“En un sentido cotidiano, los hallazgos parecen sugerir la capacidad de producir luz a partir del vacío”, añade Blencowe.

Nitrógeno imperfecto

La teoría, publicada en Communications Physics, predice que unas imperfecciones basadas en nitrógeno, presentes en una membrana de diamante que se acelera rápidamente, pueden hacer la detección de los fotones en el vacío cuántico.

En el experimento propuesto, un diamante sintético del tamaño de un sello postal, que contiene los detectores de luz a base de nitrógeno, se suspende en una caja de metal súper enfriada que crea un vacío en su interior.

La membrana, que actúa como un trampolín atado, se acelera a un ritmo enorme y produce fotones en estado de entrelazamiento cuántico, ha descubierto esta investigación.

«Esta producción de fotones emparejados y entrelazados es una prueba de que los fotones se producen en el vacío cuántico y no a partir de otra fuente», destaca Hui Wang, doctoranda de la citada universidad en Física y Astronomía, que también participó en la investigación.

El estudio es el primero en explorar el uso de múltiples detectores de fotones (los defectos del diamante) para amplificar la aceleración y aumentar la sensibilidad de detección.

La oscilación del diamante también permite que el experimento tenga lugar en un espacio controlable a velocidades intensas de aceleración, destacan los investigadores.

La luz detectada aparece en frecuencia de microondas, por lo que no es visible para el ojo humano, pero los investigadores esperan que el trabajo contribuya a la comprensión de las fuerzas físicas elementales.

Hawking en el horizonte

En particular, el trabajo puede arrojar luz experimental sobre la predicción de Hawking de la radiación de agujeros negros.

En los años 70 del siglo pasado, el astrofísico Stephen Hawking, fallecido en 2018, predijo que un agujero negro podría emitir espontáneamente pares de partículas.

Según su teoría, una de esas partículas sería tragada por el agujero, pero la otra escaparía hacia fuera, lo que un observador externo podría detectar como una emisión espontánea de radiación por parte del agujero negro.

Científicos de todo el mundo llevan décadas tratando de replicar este fenómeno en el laboratorio, e incluso el físico canadiense William George Unruh propuso en 1976 que un fotodetector, acelerado lo suficientemente rápido, podría «ver» la luz en el vacío.

Siguiendo esta trayectoria, la nueva investigación ha podido darle la razón a Unruh, para quien la propia idea del vacío cuántico depende de la trayectoria del observador a través de espacio-tiempo.

Hacia el control del vacío cuántico

La nueva investigación profundiza también en otro significativo estudio sobre el vacío cuántico: en 2019, investigadores suizos abrieron por primera vez el camino para el control humano del misterioso vacío cuántico.

Descubrieron las correlaciones entre ondas electromagnéticas y partículas elementales que fluctúan en su interior, posibilitando una óptica cuántica ultrarrápida y una mejor comprensión de los agujeros negros.

Esta investigación previa también constató algo observado en el nuevo estudio: que las partículas del vacío cuántico muestran relaciones entre sí que se corresponden con el entrelazamiento cuántico, uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica que se manifestó también al agitar la membrana del diamante.

Referencia

Coherently amplifying photon production from vacuum with a dense cloud of accelerating photodetectors. Hui Wang & Miles Blencowe. Communications Physics, volume 4, Article number: 128 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-021-00622-3

Imagen de portada; Gentileza de Tony Reid, Unplash.

FUENTE RESPONSABLE: Tendencias. Por Eduardo Martínes de la Fe Periodista cientifico. Noviembre 2021

Agujeros negros/Frotones/Investigación/Vacío cuántico/Ciencia.