Reklama

Hawking miał rację - czarna dziura może wyparować

W 1974 r. Stephen Hawking dokonał jednego ze swoich najsłynniejszych odkryć: każda czarna dziura w końcu wyparuje. Teraz potwierdzono jego teorię.

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.

Reklama

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.

Dowiedz się więcej na temat: badania kosmosu | promieniowanie Hawkinga