Novo istraživanje sugerira da sudari crnih rupa mogu proizvesti manje “mrvice” crnih rupa koje emitiraju karakteristične gama zrake (GRB), što bi moglo pomoći astronomima u otkrivanju Hawkingovog zračenja koristeći suvremene teleskope.
Prije nekoliko desetljeća, fizičar Stephen Hawking predložio je da bi hipotetski oblik termalnog zračenja crnog tijela mogao biti emitiran izvan horizonta događaja crne rupe. Ovaj koncept naizgled proturječi onome što znamo o crnim rupama jer ništa, uključujući svjetlost, ne može pobjeći njihovoj intenzivnoj gravitaciji.
Međutim, 1974. godine, Hawking je teoretizirao da bi izvan horizonta događaja crne rupe moglo postojati izuzetno slabo zračenje, koje nastaje kada je jedna čestica iz svakog para čestica i antičestica zarobljena. Iako je Hawking ovaj koncept dokazao teorijski, pretpostavio je da bi rezultirajuće zračenje bilo previše slabo da bi ga mogli detektirati i najbolji teleskopi.
Danas Hawkingovo zračenje ostaje samo hipotetički nusprodukt fizike crnih rupa, jer nikada nije bilo izravno opaženo. No, međunarodni tim istraživača, uključujući Giacoma Cacciapagliu, Stefana Hoheneggera i Francesca Sannina, sada tvrdi da bi fenomeni povezani s sudarima crnih rupa mogli omogućiti opažanje Hawkingovog zračenja koristeći suvremene teleskope.
Sudari crnih rupa i “mrvice” crnih rupa
Sudari crnih rupa proizvode fenomene koje istraživački tim naziva “mrvice” crnih rupa, koje nastaju tijekom katastrofalnih astrofizičkih događaja. Ove takozvane mrvice mogu proizvoditi visokoenergetske čestice koje bi mogle biti detektirane kao gama zrake (GRB). Izravne fotografije regija blizu supermasivnih crnih rupa snimljene posljednjih godina pomažu u prikazivanju njihovih ogromnih gravitacijskih učinaka. Crne rupe zvjezdane mase, nastale smrću izuzetno masivnih zvijezda, proizvode gravitacijske valove koje su opažene pomoću Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Europskog gravitacijskog opservatorija Virgo.
Teoretski, manje crne rupe, poput onih nastalih rano u svemiru, mogle bi proizvoditi Hawkingovo zračenje u detektabilnim rasponima. Iako se ne predviđa da će crne rupe lakše od nekoliko solarnih masa nastati tijekom takvih zvjezdanih kolapsa, teoretski bi se mogle pojaviti kao rezultat drugih događaja, uključujući kvantne fluktuacije prostora-vremena tijekom inflacijskih razdoblja.
Emisije i detekcije Hawkingovog zračenja
U svom nedavnom istraživanju, tim se fokusirao na to kako se mrvice crnih rupa stvaraju tijekom sudara između crnih rupa, koje su nusprodukt nelinearnih gravitacijskih polja prisutnih tijekom sudara. Te bi, teoretski, emitirale Hawkingovo zračenje, stvarajući GRB-ove s prepoznatljivim otiskom. Sudari crnih rupa mogu se detektirati putem gravitacijskih valova koje emitiraju, ali također mogu proizvoditi GRB-ove ako je preegzistirajući materijal prisutan oko njih na početku sudara. Simulacije su također pokazale da je fenomen gravitacijske nelinearnosti prisutan tijekom sudara, posebno tijekom faze koju astrofizičari nazivaju “ringdown” fazom.
Na temelju takve dinamike crnih rupa, tim teoretizira da bi emisije koje generiraju mrvice crnih rupa mogle pružiti jedinstveni mehanizam za emisiju visokoenergetskih čestica. Uz pomoć numeričkih simulacija temeljenih na BlackHawk kodu, javnom resursu za izračunavanje Hawkingovog zračenja, mrvice crnih rupa bi vjerojatno emitirale fotone i neutrine koji su detektabilni na Zemlji putem mehanizama kao što su fluktuacije fotona generiranih nekim sudarima crnih rupa.
Multimessenger astrofizika i buduća istraživanja
Područje multimessenger astrofizike, koje se bavi gravitacijskim valovima i njihovim elektromagnetskim kolegama, sastavni je dio trenutnih istraživanja provedenih s LIGO i Virgo, kao i japanskog programa Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA). Teleskop HESS, koji prati energije fotona između 1 i 10 TeV, postavio je ograničenja na energetski tok iz sudara crnih rupa.
Na temelju takvih opažanja, atmosferski Čerenkovljevi teleskopi poput HESS-a, između ostalih, trebali bi, teoretski, biti detektabilni emisijama mrvica crnih rupa tijekom sudara. U određenim uvjetima, sudari supermasivnih crnih rupa mogli bi proizvesti još veće mrvice crnih rupa s jednako intenzivnijim GRB-ovima. Fotoni iz ovih emisija mogli bi astrofizičarima ponuditi stalne izvore signala koji traju dulje od drugih astrofizičkih izvora za takva detekcije.
Tim vjeruje da njihovo proučavanje mrvica crnih rupa nastalih sudarima može pružiti novi put za detekciju visokoenergetskih GRB-ova, omogućujući astrofizičarima bolje procjenjivanje osnovne fizike crnih rupa.
Takva opažanja također bi mogla pomoći otkriti nove uvide u fiziku čestica, tragove o formiranju crnih rupa i opće poboljšanje našeg razumijevanja tih i drugih enigmatičnih objekata diljem svemira.
Novi znanstveni rad dostupan je na otvrorenom serveru arXiv.
