Confirman con observaciones la validez del teorema del área de Hawking

El teorema del área, obra del físico y matemático Stephen Hawking y dado a conocer en 1971, predice, entre otras cosas, que el área total del horizonte de sucesos de un agujero negro (la frontera más allá de la cual nada puede volver a salir del espacio dominado por el agujero negro, ni siquiera la radiación) nunca puede disminuir.

Cincuenta años después, unos científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, y de otras instituciones, han confirmado ahora el teorema del área de Hawking por vez primera, utilizando para ello observaciones de ondas gravitacionales.

En el estudio, el equipo de Maximiliano Isi analizó con una nueva técnica a GW150914, la primera señal de ondas gravitacionales detectada por el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), en 2015. La señal fue producto del proceso de la fusión entre dos agujeros negros que giraban una alrededor del otro a una distancia cada vez menor, hasta que colisionaron y se convirtieron en un solo nuevo agujero negro. La fusión liberó una enorme cantidad de energía y emitió ondas gravitacionales, “ondulaciones” en el espacio-tiempo que se propagaron por el cosmos.

Si el teorema del área de Hawking era cierto, entonces el área total del horizonte de sucesos del nuevo agujero negro no sería menor que el área total del horizonte de sus agujeros negros originadores. Si era menor, el teorema sería incorrecto. En el nuevo estudio, los físicos volvieron a analizar con la nueva técnica la señal de GW150914 antes y después de la colisión cósmica y descubrieron que, efectivamente, el área total del horizonte de sucesos no disminuyó después de la fusión, un resultado que han obtenido con un 95% de nivel de confianza.

Físicos del MIT y de otras instituciones se han valido de un análisis de ondas gravitacionales para confirmar observacionalmente por primera vez el teorema del área de los agujeros negros de Hawking. Esta simulación por ordenador muestra un momento del proceso de colisión y fusión entre los dos agujeros negros que produjo la señal de ondas gravitacionales catalogada con el nombre de GW150914. (Imagen: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project / LIGO)

Este resultado constituye la primera confirmación observacional directa del teorema del área de Hawking, que ya había sido demostrado matemáticamente por Hawking y otros, pero que nunca se había observado en la naturaleza hasta ahora.

El problema era que no había modo de confirmar el teorema mediante observaciones físicas. La posibilidad de una confirmación surgió con ocasión de la primera detección de ondas gravitacionales por parte del LIGO en 2015.

Hawking, al conocer aquella observación, se puso rápidamente en contacto con el físico Kip Thorne, cofundador del LIGO, para preguntarle si esa detección podría confirmar el teorema del área. Por desgracia, en aquel momento, los investigadores no tenían la capacidad de recoger la información necesaria dentro de la señal, antes y después de la fusión, para determinar si el área del horizonte de sucesos no disminuía, como decía el teorema de Hawking. No ha sido hasta recientemente, con el desarrollo de una nueva técnica por parte de Isi y sus colegas, cuando la comprobación del teorema del área se ha vuelto factible.

Los resultados del estudio se han publicado en la revista académica Physical Review Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)