Los agujeros negros son potentes motores de pura gravedad , capaces de tirar de objetos con tanta intensidad que no pueden escapar. 

Cuando esos objetos se acercan al horizonte de eventos, se aceleran a velocidades increíbles. Ahora, algunos físicos sugieren aprovechar la atracción gravitacional de los agujeros negros para crear feroces aceleradores de partículas. El truco, según el nuevo estudio, consiste en configurar todo cuidadosamente para que las partículas no se pierdan para siempre en el insaciable agujero negro. Esta nueva información puede ayudarnos a identificar los agujeros negros a partir de las corrientes de partículas que salen de ellos.

Cayendo juntos

Digamos que una partícula comienza a caer en un agujero negro. A medida que se acerca al agujero negro, se acelera, al igual que una bola acelera cuando rueda cuesta abajo. De hecho, es mucho peor que una bola rodando colina abajo, porque la gravedad de un agujero negro es tan fuerte que las partículas pueden caer más rápido que la velocidad de la luz.

El horizonte de sucesos, la distancia desde el agujero negro donde las partículas que caen alcanzan la velocidad de la luz, define el límite del agujero negro.

Si una partícula cae, se pierde para siempre, encerrada detrás del horizonte de sucesos sin esperanza de escapar. Cuando se piensa en hacer un acelerador de partículas, esa región está prohibida, ya que un acelerador que nunca escupe partículas no sería divertido.

Pero esa es la historia de una sola partícula solitaria. Cuando hay dos o más partículas involucradas, las cosas pueden ponerse interesantes.

Yendo al extremo

Si dos partículas se acercan a un agujero negro, cada una recibe un gran impulso de energía. Nuestros colisionadores de partículas actuales aceleran las partículas pesadas a más del 99% de la velocidad de la luz, pero requiere mucho trabajo (y en el caso del destructor de átomos más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones , un anillo de canales superconductores de casi 17 millas, o 27 kilómetros de largo). Los agujeros negros crean este tipo de loca aceleración simplemente por existir.

A medida que las dos partículas se acercan al horizonte de eventos, sus velocidades aumentan. Y si por casualidad tienen la combinación correcta de velocidad y dirección de entrada, pueden rebotar entre sí, enviando a uno de ellos a caer en picado hacia su perdición, mientras que el otro bordea el borde del horizonte de eventos antes de volar hacia un lugar seguro.

Estos eventos son raros, pero investigaciones previas han encontrado que las partículas son capaces de romperse con energías arbitrariamente altas; todo depende de qué tan cerca puedan llegar al horizonte de eventos (y qué tan cerca se acerquen a la velocidad de la luz) en el Momento de la colisión.

Este acelerador de partículas de rimshot funcionaría incluso mejor para los agujeros negros en rotación. Debido a su giro extremo, estos tipos de agujeros negros pueden rotar el espacio-tiempo alrededor del horizonte de eventos, lo que permite que más partículas alcancen las proximidades del horizonte de eventos antes de volar hacia el infinito.

Sin embargo, hay una trampa en esta historia. Debido a la naturaleza compleja de las matemáticas involucradas, este escenario de agujero negro como cañón de partículas solo se ha explorado en el caso de lo que se conoce como agujeros negros «extremos». Estos son agujeros negros teóricos que tienen la masa más pequeña posible que puede girar a una velocidad determinada. En la vida real, los científicos piensan que casi todos (si no absolutamente todos) los agujeros negros son mucho más masivos de lo que estrictamente necesitan.

Esto haría que los agujeros negros de la vida real sean «no extremos», lo que significa que hasta ahora, los físicos no estaban seguros de si podrían actuar como colisionadores de partículas o no.

Haciendo que todo funcione

Resulta que lo hacen, gracias a una nueva investigación publicada el 1 de octubre en la base de datos preprint arXiv y que se publicará en la revista Physics Review D. La nueva investigación encontró que los agujeros negros más realistas, incluidos los agujeros negros masivos, rotativos y eléctricos los agujeros negros cargados aún pueden acelerar partículas de manera útil.

Sin embargo, no es una pistola de partículas genérica. Para obtener la patada de alta velocidad requerida, las partículas entrantes deben apresurarse a velocidades ya altas, lo que niega el punto. Pero los investigadores encontraron que pueden tener lugar múltiples colisiones de baja velocidad cerca del horizonte de eventos, lo que lleva a la salida de alta energía deseada.

Desafortunadamente, dado que las colisiones tienen que ocurrir cerca del horizonte de eventos para alcanzar energías tan locas, cuando escapan del agujero negro tienen que luchar contra toda esa gravedad casi abrumadora, ralentizándolas antes de que alcancen la verdadera libertad en el espacio interestelar. Afortunadamente, los investigadores también encontraron una solución para ese problema, mostrando que pueden ocurrir colisiones de alta energía alrededor de los agujeros negros en rotación sin acercarse demasiado a los horizontes del evento, lo que significa que las partículas pueden dispararse en un resplandor de gloria.

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