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La expansión del Universo
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El futuro del Universo
El futuro de las estrellas, galaxias y cúmulos
La evaporación de los agujeros negros
La desaparición de la materia
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Hubble_ultra_deep_field

El campo ultra profundo de Hubble, una imagen de una pequeña porción del cielo en la constelación Fornax (el horno), tomada por el telescopio espacial Hubble del del 3 de septiembre de 2003 al 16 de julio de 2004. Se eligió la porción de cielo, ya que posee pocas estrellas brillantes cercanas. Crédito: NASA and the European Space Agency.

 

La evaporación de los agujeros negros.

Después del período de desaparición de las galaxias y cúmulos, el fenómeno más destacado en el futuro del Universo será la evaporación de los agujeros negros.

La relatividad general describe los agujeros negros como cuerpos de los cuales nada puede escaparse, ni la materia ni la luz, lo que implica que su masa sólo puede aumentar con el tiempo. Sin embargo, en los años setenta, el astrofísico británico Stephen Hawking mostró que esta visión no es correcta. Al contrario, un proceso cuántico que involucra las partículas virtuales puede muy bien hacer disminuir la masa de un agujero negro.

La evaporación de un agujero negro

Imaginemos que un electrón virtual y su antipartícula surgen del vacío y aparecen cerca del rayo de Schwartzschild de un agujero negro. Es totalmente posible que el electrón se hunda muy rápidamente en el agujero negro y desaparezca allí, pero que su antipartícula consiga escapar de la trampa. En este caso, el antiélectron virtual, que habría debido destruirse rápidamente con su compañero, no está ya en condiciones de hacerlo. Va, pues, a vagar un cierto tiempo y terminar por encontrar otro electrón virtual creado en circunstancias similares. En este momento, las dos partículas pueden destruirse y dar nacimiento a fotones.

El proceso precedente conduce, a partir de partículas virtuales nacidas temporalmente de una fluctuación de energía, a fotones bien reales que poseen una energía ordinaria. Esto puede, a primera vista, parecer contrario a las leyes de la física, ya que la energía se crea a partir de la nada. De hecho, Stephen Hawking mostró que este no es el caso. Entre su creación y aniquilación, las partículas virtuales pueden entrar en el mundo real, ya que roban un poco de energía gravitacional al agujero negro. Para este último, el proceso se traduce por una ligera disminución de energía, así pues, de masa, de ahí el nombre de evaporación.

La temperatura de un agujero negro

La evaporación de un agujero negro se acompaña de la emisión de fotones, por lo tanto, de una radiación electromagnética. Esta última permite definir la temperatura del agujero negro como para un cuerpo oscuro. Por ejemplo, en el caso de un residuo estelar de una masa solar, es de aproximadamente 60 mil millonésimas de grado del cero absoluto (- 273.15 grados Celsius). Esta temperatura es inversamente proporcional a la masa del cuerpo, y la temperatura de los agujeros negros supermasivos es, así pues, aún mucho más pequeña.

La temperatura tiene una influencia principal sobre la evaporación. En efecto, al igual que un cuerpo caliente sólo emite calor colocado en un medio más frío, un agujero negro no puede evaporarse hasta que la temperatura del medio circundante es inferior. Ahora bien, incluso si estaban completamente aislados en el vacío intergaláctico, los agujeros negros actuales estarían aún bañados por la radiación fósil, cuya temperatura es de 2,7 grados sobre el cero absoluto. Por esta razón, ningún agujero negro estelar o supermasivo se evapora en la actualidad.

Sólo es, por tanto, en un futuro muy lejano, cuando la radiación fósil habrá perdido la mayor parte de su energía, que la evaporación podrá ponerse en marcha. Así pues, se considera que los agujeros negros de residuos estelares comenzarán a evaporarse en cien trillones de años y los agujeros negros supermasivos en un sextillón de años.

La explosión final

Aunque extremadamente lenta, la evaporación de un agujero negro no dura eternamente. Con el tiempo, la masa disminuye, la temperatura aumenta, por tanto, también la velocidad de evaporación. Cuando la masa comienza a ser muy baja, la temperatura aumenta rápidamente y la evaporación alcanza una velocidad fulminante. Por último, el proceso se termina con una explosión que marca la desaparición del agujero negro.

La duración total del fenómeno de evaporación depende de la masa del cuerpo en cuestión. Cuanto más grande es un agujero negro, más bajas son su temperatura y velocidad de evaporación, así pues, más grande es su duración de vida. Se considera así que los agujeros negros de residuos de estrellas desaparecerán de aquí a 1065 años (la cifra 1 seguida de 65 ceros), los agujeros negros supermasivos en 1090 años y los más masivos en 10100 años.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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