Los agujeros negros son muy fáciles de explicar por sí mismos.Las únicas propiedades observables de un agujero negro son la masa, la carga (generalmente cero), la rotación o la rotación.No importa cómo se forman los agujeros negros.Después de todo, todos los agujeros negros tienen la misma estructura general.Es raro cuando lo piensas.Si juntas una cantidad suficiente de hierro y roca, obtendrás un planeta.Si arrojas hidrógeno y helio juntos, puedes hacer una estrella.Pero puedes juntar cortadoras de césped, chicles y viejos libros de Harry Potter. Entonces obtienes el mismo tipo de agujero negro que obtendrías si usaras hidrógeno puro.
Este extraño comportamiento de los agujeros negros se conoce como el teorema sin pelo, queParadoja de la información.En resumen, todo en el universo se puede describir con cierta cantidad de información y, dado que los objetos no pueden desaparecer simplemente, la cantidad total de información en el universo debe ser constante.Sin embargo, arrojar una silla a un agujero negro solo aumenta la masa y la rotación del agujero negro.Se pierde toda la información sobre el color de la silla, si es de madera o de acero, si es alta o baja.Entonces, ¿a dónde fue esa información?
Una solución a la paradoja de esta información fue posible gracias a Stephen Hawking.En 1974 demostró que el horizonte de sucesos de un agujero negro puede no ser absoluto.Debido a la incertidumbre cuántica, los agujeros negros deben emitir una pequeña cantidad de luz, ahora conocida como radiación de Hawking.La radiación de Hawking nunca se ha observado, pero si existe, la información que se pierde cuando un objeto ingresa a un agujero negro puede enviarse a través de esta luz.Así que no se pierde realmente ninguna información.
Si la radiación de Hawking fuera real, también significaría que los agujeros negros obedecen las leyes de la termodinámica.Esta idea fue propuesta por primera vez por Jacob Bekenstein.Para que un agujero negro brille, debe tener una temperatura térmica.Partiendo de las ideas de Beckenstein, algunos físicos han demostrado que existe un conjunto de leyes para los agujeros negros:Termodinámica del agujero negro.
Como estás leyendo este artículo, probablemente estés familiarizado con la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía de cualquier sistema debe aumentar.Es por eso que una taza de café caliente se enfría con el tiempo, calentando ligeramente la habitación hasta que tanto el café como la habitación están a la misma temperatura.Nunca verás una taza de café frío calentarse espontáneamente mientras enfría un poco la habitación.Otra forma de enunciar la segunda ley es que el calor fluye de un objeto caliente a un objeto frío cercano.
Para los agujeros negros, la segunda ley de la termodinámica se aplica a la región del horizonte de eventos del agujero negro.La temperatura de Hawking de un agujero negro está relacionada con esta región.Cuanto más grande es el agujero negro, menor es la temperatura de halcón.Entonces, la segunda ley de la termodinámica de los agujeros negros dice que por cada fusión de agujeros negros, la entropía debe aumentar.Es decir, el área de superficie del agujero negro creado debe ser mayor que el área de superficie de los dos agujeros negros originales combinados.Esto se conoce como el teorema del área de Hawking.
Por supuesto, todo esto es una colección de teorías matemáticas.Eso es lo que esperaríamos dada nuestra comprensión de la física, pero demostrarlo es otra cuestión.Ahora, un estudio en Physical Review Letters ha proporcionado evidencia de que ese es el caso.[^1] El equipo analizó las primeras observaciones de dos agujeros negros fusionados.Este evento, ahora conocido como GW150914, fue la fusión de 29 agujeros negros de masa solar y 36 agujeros negros de masa solar.Usando un nuevo método de análisis de las ondas gravitacionales que generaron, el equipo pudo calcular el área de la superficie del horizonte de eventos del agujero negro original.En comparación con el área de superficie de los últimos 62 agujeros negros de masa solar, encontraron un aumento en el área total.
Los resultados tienen un nivel de confianza del 97 %, lo cual es bueno, pero no lo suficientemente sólido como para considerarse evidencia sólida.Sin embargo, este método también se puede aplicar a la fusión de otros agujeros negros, y es la primera prueba real de que la termodinámica de los agujeros negros es más que una simple teoría.
referencia:Isi, Maximiliano, et al.“Probando la ley del área del agujero negro con GW150914.”Carta de revisión física 127.1 (2021): 011103.