Hawking miał rację - czarna dziura może wyparować

Zgodnie z teorią Hawkinga, czarne dziury nie są idealnie "czarne", a w rzeczywistości emitują cząstki. Promieniowanie to, jak sądził Hawking, mogłoby w końcu wyssać tyle energii i masy z czarnych dziur, by te w końcu zniknęły. Teoria jest powszechnie uważana za prawdziwą, choć do niedawna uważano ją za niemożliwą do udowodnienia.

W końcu fizycy jednak dostrzegli to nieuchwytne promieniowanie Hawkinga, mimo że tylko w warunkach laboratoryjnych. Promieniowanie Hawkinga jest zbyt słabe, aby można było je wykryć w kosmosie za pomocą dostępnych instrumentów. Naukowcom udało się zaobserwować ten rodzaj promieniowania w modelu czarnej dziury stworzonym za pomocą fal dźwiękowych.

Czarne dziury wywierają tak silną grawitację nawet na fotony podróżujące z prędkością światła, że te nie są w stanie uciec z ich wnętrza. Podczas gdy próżnia w przestrzeni kosmicznej jest ogólnie uważana za pustą, mechanika kwantowa zakłada, że zamiast tego jest ona wypełniona wirtualnymi cząstkami, które istnieją w parach cząstka-antycząstka.

Normalnie, po pojawieniu się pary wirtualnych cząstek, natychmiast unicestwiają się one nawzajem. Jednak grawitacja czarnej dziury odciąga cząstki od siebie, przy czym jedna z nich jest absorbowana, a druga jest wystrzeliwana w przestrzeń kosmiczną. To właśnie te cząstki-uciekinierki są emitowane jako promieniowanie Hawkinga. Konsumpcja odpowiednio dużej ilości wirtualnych cząstek może doprowadzić do ostatecznego wyparowania czarnej dziury.

Jeff Steinhauer i jego zespół z Technion - Izraelskiego Instytutu Technologii w Hajfie - użył niezwykle zimnego gazu zwanego kondensatem Bosego-Einsteina do modelowania horyzontu zdarzeń czarnej dziury. We wnętrzu strumienia gazu umieścili coś na kształt klifu, tworząc "wodospad" horyzontu zdarzeń. Kiedy gaz przepływał nad wodospadem, przekształcał wystarczającą ilość energii potencjalnej w kinetyczną, aby poruszać się szybciej od prędkości dźwięku.

Zamiast par cząstka-antycząstka, naukowcy wykorzystali pary fotonów lub kwantowych fal dźwiękowych wpuszczonych w strumień gazu. Ten pomysłowy model czarnej dziury potwierdził istnienie promieniowania Hawkinga.

- To tak, jakby próbować płynąć pod prąd, który płynie szybciej niż mógłbyś pływać. Czułbyś się tak, jakbyś przemieszczał się do przodu, ale tak naprawdę byś się cofnął. I to jest analogiczne do zachowania fotonu, który próbuje wydostać się z czarnej dziury, ale jest ściągany przez grawitację - powiedział Steinhauer.

Hawking przewidział, że promieniowanie emitowanych cząstek będzie zawierać całe spektrum długości i energii fal. Zasugerował także, że promieniowanie można opisać pojedynczą temperaturą zależną tylko od masy czarnej dziury.

Przed fizykami jeszcze długa droga do potwierdzenia istnienia promieniowania Hawkinga.