Μπορούμε τελικά να έχουμε έναν τρόπο ανίχνευσης της ακτινοβολίας Hawking που διαρρέει από τις μαύρες τρύπες
Από: Michelle Starr
Η επική σύγκρουση μεταξύ δύο άστρων νετρονίων το 2017 είναι πραγματικά το δώρο της επιστήμης το οποίο συνεχίζει να μας παρέχει πολύτιμα δεδομένα. Δεδομένου ότι οι δύο αυτοί αστέρες συγχωνεύτηκαν, τα βαρυτικά κύματα από το συμβάν αυτό ρυτιδώνουν το χωροχρόνο σε ολόκληρο το Σύμπαν. Τώρα ο απόηχος από αυτό το γεγονός θα μπορούσαν να επιβεβαιώσει μια υπόθεση δεκαετιών σχετικά με τις μαύρες τρύπες.
Οι αστρονόμοι οι οποίοι μελετούν τα δεδομένα των βαρυτικών κυμάτων πιστεύουν ότι έχουν βρει ενδείξεις αντήχησης - κάτι που θα συνέβαινε μόνο παρουσία της «quantum fuzz» η οποία παράγεται από την ακτινοβολία Hawking.
"Σύμφωνα με τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας μόλις περάσει ένα σημείο χωρίς επιστροφή, γνωστό ως ορίζοντας γεγονότων", δήλωσε ο αστρονόμος και φυσικός Niayesh Afshordi του Πανεπιστημίου του Waterloo στον Καναδά.
"Αυτή ήταν η κατανόηση των επιστημόνων για πολύ καιρό μέχρι ότου ο Stephen Hawking χρησιμοποίησε την κβαντική μηχανική για να προβλέψει ότι τα κβαντικά σωματίδια θα διαρρεύσουν αργά από τις μαύρες τρύπες, τις οποίες τώρα ονομάζουμε ακτινοβολία Hawking".
Η πιο γνωστή ιδιότητα των μελανών οπών είναι η ακραία βαρυτική τους δύναμή. Είναι τόσο έντονη που σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, όταν κάτι βρεθεί κοντά στο σημείο που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, με τίποτα δεν μπορεί να επιτύχει ταχύτητα διαφυγής. Ούτε το ταχύτερο πράγμα στο Σύμπαν - η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία - μπορεί να διαφύγει.
Αλλά η κβαντική μηχανική μπορεί να εξηγήσει τις λεπτομέρειες του Σύμπαντος με τρόπους που η γενική σχετικότητα δεν μπορεί. Σύμφωνα με μια ιδέα που πρότεινε ο Hawking το 1974, μια μαύρη τρύπα εκπέμπει κάτι όταν προσθέτετε στο φαινόμενο αυτό την κβαντική μηχανική. Αυτός είναι ένας θεωρητικός τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ονομάζεται, πιο ορθά: Ακτινοβολία Hawking.
Αυτή η θεωρητική εκπομπή φαίνεται παρόμοια με το φάσμα του φωτός το οποίο παράγεται από θερμαινόμενα αντικείμενα, υπακούοντας στους κανόνες της ακτινοβολίας μέλανος σώματος, και μόνο στην περίπτωση αυτή σαν αιτία προσδιορίζεται η υπερβολικά βαριά μάζα της μαύρης τρύπας που προκαλεί την εκπομπή κυμάτων υπέρ χαμηλής ενέργειας.
Η ύπαρξη της ακτινοβολίας αυτής θα σήμαινε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται αργά, επιλύοντας το παράδοξο πληροφοριών της μαύρης τρύπας. Αλλά, εδώ συμβαίνει κάτι παρόμοιο όπως στα βαρυτικά κύματα τα οποία μέχρι λίγα χρόνια πριν, ήταν πολύ αδύναμα για να ανιχνευθούν.
Τα εργαστηριακά αντίστοιχα στις εργαστηριακές μαύρες τρύπες σίγουρα φαινόταν να υποδηλώνουν ότι η ακτινοβολία Hawking είναι πραγματική. Αλλά τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να το αλλάξουν. Ο λόγος είναι οτι εάν η ακτινοβολία Hawking είναι πραγματική, θα πρέπει να υπάρχει 'quantum fuzz' γύρω από το εξωτερικό του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, και ότι το fuzz αυτό (η Κβαντική ασάφεια σε ελεύθερη απόδοση) θα πρέπει να παράγει αντήχηση βαρυτικών κυμάτων.
"Οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν πειραματικά εάν οποιαδήποτε ύλη διαφεύγει από τις μαύρες τρύπες μέχρι την πολύ πρόσφατη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων", δήλωσε ο Afshordi.
"Εάν η quantum fuzz που ευθύνεται για την ακτινοβολία Hawking υπάρχει γύρω από τις μαύρες τρύπες, τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να αναπηδήσουν από αυτήν, πράγμα που θα δημιουργούσε μικρότερα σήματα βαρυτικών κυμάτων μετά το κύριο γεγονός της βαρυτικής σύγκρουσης, παρόμοια με επαναλαμβανόμενες αντηχήσεις".
Αυτό είναι που ο Afshordi και ο συνάδελφός του, κοσμολόγος Jahed Abedi του Ινστιτούτου Max Planck για τη φυσική της βαρύτητας στη Γερμανία, πιστεύουν ότι θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν στα βαρυτικά δεδομένα. Τα αποτελέσματά τους, λένε, ταιριάζουν με τις προσομοιωμένες αντηχήσεις τις οποίες προβλέπουν μοντέλα ασαφών μελανών οπών οι οποίες εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking.
Αλλά εδώ υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί. Καταρχάς, μια ανάλυση του περασμένου έτους από τα δεδομένα βαρυτικών κυμάτων του GW 150914 - η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων - δεν έδωσε καμία ένδειξη για ακτινοβολία Hawking.
Επιπλέον, μια άλλη μελέτη πέρυσι έκανε μια συντονισμένη ανάλυση όλων των σημάτων από βαρυτικά κύματα τα οποία συλλέχθηκαν μέχρι σήμερα, ψάχνοντας για αντηχήσεις βαρυτικών κυμάτων και, κατ 'επέκταση, της ακτινοβολίας Hawking. Η μελέτη αυτή δεν ανακάλυψε "στατιστικά σημαντικές αποδείξεις" για αντηχήσεις.
Στην πραγματικότητα κάτι τέτοιο είναι απόλυτα εφικτό, μιας και τα όργανα μας δεν είναι ακόμη αρκετά ευαίσθητα για να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία Hawking. Και ο Afshordi αναγνωρίζει ότι το σήμα που ανίχνευσε η ομάδα θα μπορούσε να είναι στη πραγματικότητα θόρυβος στα δεδομένα.
Ο τρόπος για να εξακριβωθεί αυτό θα ήταν να αναζητηθούν παρόμοια σήματα σε άλλα πακέτα δεδομένων βαρυτικών κυμάτων.
"Τώρα που οι επιστήμονες γνωρίζουν τι ψάχνουμε, μπορούμε να αναζητήσουμε περισσότερα παραδείγματα, και να έχουμε μια πολύ πιο ισχυρή επιβεβαίωση αυτών των σημάτων", δήλωσε ο Afshordi.
"Μια τέτοια επιβεβαίωση θα είναι ο πρώτος άμεσος έλεγχος της κβαντικής δομής του χωροχρόνου".
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στον ιστότοπο Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Πηγή: sciencealert.com