Ένα από τα πιο βαθιά μηνύματα που άφησε ο Στίβεν Χόκινγκ για την ανθρωπότητα είναι ότι τίποτα δεν προορίζεται να διαρκέσει για πάντα – και οι επιστήμονες μπορεί τελικά να είναι έτοιμοι να το αποδείξουν.
Αυτή η ιδέα μεταφέρθηκε από το πιο σημαντικό έργο του Χόκινγκ: την υπόθεση ότι οι μαύρες τρύπες «εκπέμπουν» θερμική ακτινοβολία, την εξατμίζουν και τερματίζουν την ύπαρξή τους με μια τελική έκρηξη. Αυτή η ακτινοβολία έγινε τελικά γνωστή ως «ακτινοβολία Χόκινγκ» από τον μεγάλο επιστήμονα. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, είναι μια έννοια που παραμένει ανεξερεύνητη και καθαρά υποθετική. Αλλά τώρα ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι βρήκαν επιτέλους έναν τρόπο να το αλλάξουν αυτό. Ίσως σύντομα θα βρεθούμε στο δρόμο για την ενίσχυση της ακτινοβολίας Hawking ως γεγονός.
Η ομάδα υποπτεύεται ότι κατά τη διάρκεια της καταστροφικής σύγκρουσης και συγχώνευσης μεγαλύτερων μαύρων οπών, μικροσκοπικά και καυτά “κομμάτια” κάτω από τις μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να εκτιναχθούν στο διάστημα – και αυτό θα μπορούσε να είναι το κλειδί.
Είναι σημαντικό ότι ο Χόκινγκ είχε πει ότι όσο μικρότερη είναι η μαύρη τρύπα, τόσο πιο γρήγορα θα εκπέμπει ακτινοβολία Χόκινγκ. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου θα χρειάζονταν θεωρητικά περισσότερο από την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής του σύμπαντος για να «εξαφανιστούν» πλήρως. Με άλλα λόγια, πώς θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε μια τόσο εξαιρετικά μακροπρόθεσμη σταδιακή κατάργηση; Λοιπόν, ίσως δεν μπορούμε – αλλά όταν πρόκειται για αυτές τις μαύρες τρύπες με μάζα αστεροειδών, που ονομάζονται “Bocconcini di Buchi Neri” στα ιταλικά, μπορεί να είμαστε τυχεροί.
Μικροσκοπικές μαύρες τρύπες όπως αυτές θα μπορούσαν να εξατμιστούν και να εκραγούν σε μια χρονική κλίμακα που είναι πραγματικά παρατηρήσιμη από τον άνθρωπο. Επιπλέον, το τέλος της διάρκειας ζωής αυτών των μαύρων τρυπών θα πρέπει να σηματοδοτείται από ένα χαρακτηριστικό σήμα, λέει η ομάδα, που υποδεικνύει τον ξεφούσκωμα και τον θάνατό τους λόγω της διαρροής της ακτινοβολίας Hawking.
Σχετίζεται με: Αν οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, πού βρίσκονται;
«Ο Χόκινγκ προέβλεψε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται μέσω της εκπομπής σωματιδίων», είπε ο Φραντσέσκο Σανίνο., Ένας επιστήμονας πίσω από την πρόταση, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Δανίας, είπε στο Space.com: «Θέλαμε να μελετήσουμε αυτό και τις παρατηρητικές συνέπειες της παραγωγής πολλών κομματιών μαύρης τρύπας, ή «bocconcini di buchi neri», που φανταζόμαστε ότι είναι πιθανή κατά τη διάρκεια ενός καταστροφικού γεγονότος όπως η συγχώνευση δύο αστροφυσικών μαύρων τρυπών».
Οι μικρές μαύρες τρύπες δεν μπορούν να παραμείνουν ψυχρές
Η προέλευση της ακτινοβολίας Χόκινγκ χρονολογείται από μια επιστολή του Στίβεν Χόκινγκ με τίτλο «Εκρήξεις μαύρης τρύπας;» που δημοσιεύτηκε στο Nature. Η επιστολή προέκυψε καθώς ο Χόκινγκ εξέτασε τις επιπτώσεις της κβαντικής φυσικής στον φορμαλισμό της μαύρης τρύπας, φαινόμενα που προκύπτουν από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Αυτό ήταν ενδιαφέρον γιατί η κβαντική θεωρία και η γενική σχετικότητα είναι δύο θεωρίες που διαβόητα αντιστέκονται στην ενοποίηση, ακόμη και σήμερα.
Η ακτινοβολία Χόκινγκ παραμένει ανησυχητική και μη ανιχνεύσιμη εδώ και 50 χρόνια, για δύο πιθανούς λόγους: πρώτον, οι περισσότερες μαύρες τρύπες μπορεί να μην εκπέμπουν καθόλου αυτή τη θερμική ακτινοβολία και δεύτερον, εάν εκπέμπουν, μπορεί να μην είναι ανιχνεύσιμη. Επιπλέον, οι μαύρες τρύπες είναι γενικά πολύ περίεργα αντικείμενα και ως εκ τούτου δύσκολο να μελετηθούν.
“Το απίστευτο είναι ότι οι θερμοκρασίες των μαύρων τρυπών είναι αντιστρόφως ανάλογες με τη μάζα τους. Δηλαδή, όσο πιο μαζικές είναι, τόσο πιο κρύες είναι και όσο λιγότερη μάζα έχουν, τόσο πιο ζεστές είναι”, είπε ο Sannino.
Ακόμη και οι πιο κενές περιοχές του διαστήματος έχουν θερμοκρασίες γύρω στους μείον 454 βαθμούς Φαρενάιτ (μείον 270 βαθμούς Κελσίου). Αυτό οφείλεται σε ένα ομοιόμορφο πεδίο ακτινοβολίας που έχει απομείνει λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, που ονομάζεται «κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων» ή «CMB». Αυτό το πεδίο αναφέρεται συχνά ως «κοσμικό απολίθωμα» λόγω της απίστευτης ηλικίας του. Επιπλέον, σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, δεν θα πρέπει να είναι δυνατό η θερμότητα να ρέει από ένα ψυχρότερο σώμα σε ένα θερμότερο.
«Οι μαύρες τρύπες βαρύτερες από μερικές ηλιακές μάζες είναι σταθερές επειδή είναι πιο ψυχρές από το CMB», είπε ο Sannino. «Ως εκ τούτου, αναμένεται ότι μόνο μικρότερες μαύρες τρύπες εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking που θα μπορούσε ενδεχομένως να παρατηρηθεί».
Ο συγγραφέας της μελέτης, Giacomo Cacciapaglia του Εθνικού Κέντρου Επιστημονικής Έρευνας της Γαλλίας, είπε στο Space.com ότι η συντριπτική πλειοψηφία των μαύρων τρυπών στο σύμπαν σήμερα είναι αστροφυσικής προέλευσης και έχουν μάζα πολλαπλάσια από τον Ήλιο. Επομένως, δεν μπορούσαν να εκπέμψουν παρατηρήσιμη ακτινοβολία Hawking.
“Μόνο μαύρες τρύπες ελαφρύτερες από το φεγγάρι μπορούν να εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking. Υποψιαζόμαστε ότι αυτός ο τύπος μαύρης τρύπας θα μπορούσε να σχηματιστεί και να εκτιναχθεί κατά τη διάρκεια μιας συγχώνευσης μεταξύ δύο μαύρων οπών και να αρχίσει να ακτινοβολεί αμέσως μετά τον σχηματισμό της”, πρόσθεσε ο Cacciapaglia. «Στην περιοχή της συγχώνευσης δύο μαύρων οπών, θα σχηματίζονταν μεγάλοι αριθμοί κομματιών μαύρης τρύπας».
Ωστόσο, αυτές οι μαύρες τρύπες είναι πολύ μικρές για να παράγουν εφέ που επιτρέπουν την άμεση απεικόνιση των ιδιοτήτων τους, όπως κάνει το τηλεσκόπιο Event Horizon για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εστιάζοντας στο φωτεινό υλικό που τις περιβάλλει.
Η ομάδα υποπτεύεται ότι υπάρχει μια μοναδική υπογραφή που θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένδειξη για την ύπαρξη αυτών των μικροσκοπικών μαύρων τρυπών. Αυτή θα μπορούσε να είναι μια ισχυρή έκρηξη ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας, μια λεγόμενη έκρηξη ακτίνων γάμμα, που εμφανίζεται στην ίδια περιοχή του ουρανού όπου εντοπίστηκε η συγχώνευση της μαύρης τρύπας.
Οι ερευνητές είπαν ότι καθώς αυτές οι μαύρες τρύπες Bocconcini di Buchi Neri αυξάνονταν σε μάζα, θα εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking με ολοένα και ταχύτερο ρυθμό, επιταχύνοντας την εκρηκτική τους κατάρρευση. Οι μαύρες τρύπες με μάζα περίπου 20.000 τόνων θα χρειαστούν περίπου 16 χρόνια για να εξατμιστούν, ενώ παραδείγματα μικρών μαύρων τρυπών με μάζα τουλάχιστον 100.000 κιλοτόνων θα διαρκούσαν δυνητικά για εκατοντάδες χρόνια.
Η εξάτμιση και η καταστροφή των σωματιδίων θα παράγουν φωτόνια με ενέργειες που υπερβαίνουν το ένα τρισεκατομμύριο ηλεκτρονιοβολτ (TeV). Για να πάρει μια ιδέα για το πόσο ενεργητικό είναι αυτό, ο Sannino είπε ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) του CERN στην Ευρώπη, ο μεγαλύτερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, συγκρούεται μετωπικά πρωτόνια με συνολική ενέργεια 13,6 TeV.
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Τα «αστέρια της grava» που μοιάζουν με μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να στοιβάζονται σαν ρώσικες κούκλες τσαγιού
— Η 2η εικόνα της 1ης μαύρης τρύπας που απεικονίστηκε ποτέ επιβεβαιώνει τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν (φωτογραφία)
— Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του γειτονικού μας γαλαξία θα ήταν πιθανώς ένας ευγενικός καλεσμένος για δείπνο
Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν μια ιδέα για το πώς να ανιχνεύσουν αυτές τις μικροσκοπικές μαύρες τρύπες καθώς εξατμίζονται. Πρώτον, οι συγχωνεύσεις μαύρων οπών θα μπορούσαν να ανιχνευθούν μέσω της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων. Αυτοί είναι μικροσκοπικοί κυματισμοί στο χωροχρόνο που προέβλεψε ο Αϊνστάιν και που προκύπτουν όταν τα αντικείμενα συγκρούονται.
Οι αστρονόμοι θα μπορούσαν στη συνέχεια να παρακολουθήσουν περαιτέρω αυτές τις συγχωνεύσεις με τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα, όπως το Παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα Water-Cherenkov σε μεγάλο υψόμετρο, το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει φωτόνια με ενέργειες μεταξύ 100 γιγαηλεκτρον βολτ (GeV) και 100 TeV.
Η ομάδα αναγνωρίζει ότι υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για να επιβεβαιωθεί η ύπαρξη μικρών μαύρων τρυπών και επομένως υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για να μπορέσουμε να επιβεβαιώσουμε μια για πάντα την ακτινοβολία Hawking.
“Καθώς αυτή είναι μια νέα ιδέα, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει. Σχεδιάζουμε να μοντελοποιήσουμε καλύτερα την εκπομπή ακτινοβολίας Hawking σε υψηλές ενέργειες πέρα από την κλίμακα TeV, όπου οι γνώσεις μας για τη σωματιδιακή φυσική γίνονται πιο αβέβαιες και οι πειραματικές συνεργασίες θα συμβάλουν σε αυτό «Μπορεί να είναι απαραίτητο να αναζητήσετε αυτές τις μοναδικές υπογραφές στο σύνολο δεδομένων τους», κατέληξε ο Cacciapaglia. «Μακροπρόθεσμα, σχεδιάζουμε να μελετήσουμε λεπτομερώς την παραγωγή τεμαχίων σωματιδίων κατά τη διάρκεια καταστροφικών αστροφυσικών γεγονότων, όπως οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών».
Η έρευνα της ομάδας είναι διαθέσιμη ως προεκτύπωση στο αποθετήριο arXiv.