El físico de la Universidad RUDN (Rusia) ha obtenido una fórmula para calcular la radiación de Hawking en el horizonte de sucesos del agujero negro, que permite determinar cómo cambiará esta radiación si se realizan rectificaciones cuánticas a la teoría de la gravedad de Einstein. Esta fórmula permitirá verificar la exactitud de las diferentes versiones de la teoría cuántica de la gravedad al observar los agujeros negros y dar un paso hacia la “teoría de la gran unificación”, que combinará la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. El artículo fue publicado en Physical Review D.

Aunque la teoría de la gravedad de Einstein es consistente con el reciente descubrimiento de las ondas gravitatorias, aún deja una serie de preguntas abiertas, incluida la naturaleza de la singularidad, la materia oscura, la energía oscura y también la cuestión de la gravedad cuántica. Además, incluso las observaciones de ondas gravitatorias no excluyen que las teorías alternativas de la gravedad puedan ser ciertas, y pueden usarse para describir los agujeros negros. Tales teorías, incluidos los componentes cuánticos adicionales, no contradicen la imagen observada de la fusión del agujero negro. Los cálculos realizados de acuerdo con estas teorías predicen el mismo comportamiento de los agujeros negros a una gran distancia entre sí, pero al mismo tiempo demuestran características importantes cerca del horizonte de sucesos: el “límite” de un agujero negro más allá del cual no puede ir la radiación.

Se cree que no podemos mirar más allá del horizonte de sucesos de un agujero negro, porque nada puede escapar de allí, incluidas las partículas y la radiación. Sin embargo, Stephen Hawking demostró que los agujeros negros pueden «evaporarse» emitiendo varias partículas elementales. Esto significa que con el tiempo toda la información absorbida por un agujero negro puede desaparecer, lo que contradice las ideas fundamentales sobre la información: se cree que, en principio, no puede desaparecer sin dejar rastro. Por lo tanto, el interés por las teorías alternativas de la gravedad ha revivido recientemente, con el objetivo de eliminar esta paradoja, ya que se cree que su solución ayudará a construir una teoría cuántica de la gravedad.

Uno de los enfoques más prometedores es la teoría de Einstein-Gauss-Bonnet con un dilatón: le permite aplicar componentes cuánticos como una corrección a la teoría general de la relatividad.

“La teoría alternativa que examinamos está inspirada en el límite de baja energía de la teoría de cuerdas, la llamada teoría de Einstein-Gauss-Bonnet con dilatón. Además de la parte de Einstein, contiene miembros de curvatura cuadrática y un campo escalar ”, dice Roman Konoplya, investigador del Instituto Científico de Gravitación y Cosmología de la Universidad RUDN.

Para describir cómo un agujero negro responde a las perturbaciones gravitacionales externas, los cosmólogos utilizan el concepto de modos cuasi normales. Los modos son vibraciones que ocurren cuando se realiza una acción externa en un agujero negro, cuyas características dependen de la fuerza de la acción y los parámetros del agujero negro en sí. Se llaman cuasi normales porque decaen con el tiempo y su amplitud solo se puede medir en un período corto. Dichas oscilaciones generalmente se describen utilizando la frecuencia como un número complejo, cuya parte real son las oscilaciones periódicas, y la parte imaginaria es la tasa de disminución.

Junto con los científicos checos Antonina Zinhailo y Zdeněk Stuchlík, el físico de la RUDN investigó la radiación clásica (cuasi normal) y cuántica (la de Hawking) de los campos de prueba en el contexto de un agujero negro de cuatro dimensiones, esféricamente simétrico y asintóticamente plano en la teoría de Einstein-Gauss-Bonnet con un dilatón. Obtuvieron una fórmula analítica para el estado eikonal de los modos cuasi normales y con su ayuda calcularon los modos cuasi normales de los campos escalar de prueba y de Maxwell y estimaron la intensidad de radiación de Hawking para el agujero negro de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet. Los campos de prueba son todos los campos cercanos a un agujero negro porque se propagan contra su fondo (por ejemplo, el campo de Dirac o un campo electromagnético). La intensidad de la radiación de Hawking de los campos electromagnéticos y de Dirac resultó ser una característica mucho más sensible que su espectro cuasi normal, mostrando un aumento en la tasa de radiación de energía en un 57% y 48%, respectivamente.

“Obtuvimos una estimación de la intensidad de la evaporación del agujero negro de Hawking teniendo en cuenta las correcciones cuánticas a la geometría del agujero negro», concluye Roman Konoplya. – Aunque la geometría en sí misma está relativamente débilmente corregida por los efectos cuánticos, la radiación cuántica (de Hawking) cambia bastante notablemente, en más del 50 por ciento, mientras que la radiación clásica (por ejemplo, ondas electromagnéticas u otras ondas) difiere de la de Einstein solo en un pequeño porcentaje, es decir, la radiación de Hawking es un mecanismo mucho más sensible. Los modos cuasi normales son las frecuencias de la radiación clásica, que, a diferencia de la cuántica, difiere poco del caso de Einstein. En el futuro, quizás al observar los agujeros negros primarios que surgieron en el universo temprano, esto también puede aclarar nuestras ideas sobre las correcciones cuánticas a la gravedad”.

Fuente: noticiasdelaciencia.com