Möglicherweise haben wir endlich eine Möglichkeit, aus Schwarzen Löchern austretende Hawking-Strahlung zu erkennen

(Alexandr Gnezdilov Lichtmalerei/Getty)

Der epische Kollision zwischen zwei Neutronensternen im Jahr 2017 ist wirklich das Geschenk der Wissenschaft, das immer wieder gegeben wird. Als sie verschmolzen, Gravitationswellen breitete sich über das ganze Universum aus; Jetzt könnten die Nachwirkungen dieses Ereignisses eine jahrzehntealte Hypothese darüber bestätigen Schwarze Löcher .

Astronomen grübeln darüber Gravitationswelle Daten gehen davon aus, dass sie Hinweise auf Echos gefunden haben – etwas, das nur in Gegenwart des von ihnen erzeugten „Quantenfuzz“ auftreten würde Hawking-Strahlung .

„Nach Einsteins Theorie von generelle Relativität , nichts kann der Schwerkraft von a entkommen schwarzes Loch Sobald es einen Punkt ohne Wiederkehr, den sogenannten Ereignishorizont, überschritten hat, sagte der Astronom und Physiker Niayesh Afshordi der University of Waterloo in Kanada.



„Das war lange Zeit das Verständnis der Wissenschaftler, bis.“ Stephen Hawking nutzte die Quantenmechanik, um vorherzusagen, dass Quantenteilchen langsam aus Schwarzen Löchern austreten werden, was wir heute Hawking-Strahlung nennen.“

Die bekannteste Eigenschaft von Schwarzen Löchern ist ihre extreme Gravitationskraft. Es ist so intensiv, dass nach der Allgemeinen Relativitätstheorie nichts mehr Fluchtgeschwindigkeit erreichen kann, sobald sich etwas näher als der Punkt bewegt, der als Ereignishorizont bezeichnet wird. Nicht einmal das schnellste Ding im Universum – elektromagnetische Strahlung – kann entkommen.

Aber die Quantenmechanik kann Details des Universums auf eine Weise erklären, wie es die allgemeine Relativitätstheorie nicht kann; Einer Idee von Hawking aus dem Jahr 1974 zufolge emittiert ein Schwarzes Loch tatsächlich etwas, wenn man die Quantenmechanik hinzufügt. Hierbei handelt es sich um eine theoretische Art elektromagnetischer Strahlung, die passenderweise Hawking-Strahlung genannt wird.

Diese theoretische Emission ähnelt dem Lichtspektrum, das von erhitzten Objekten erzeugt wird und den Regeln von folgt Schwarzkörperstrahlung , nur in diesem Fall ist es die superschwere Masse des Schwarzen Lochs, die die Emission extrem energiearmer Wellen verursacht.

Die Existenz dieser Strahlung würde bedeuten, dass Schwarze Löcher langsam verdampfen und das Problem lösen Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs ; aber genau wie Gravitationswellen bis vor kurzem waren vor wenigen Jahren , es war bisher zu schwach, um es zu erkennen.

Im Labor hergestellt Analoga zu Schwarzen Löchern haben definitiv schien darauf hinzudeuten Das Hawking-Strahlung ist real . Doch Gravitationswellen könnten das ändern. Denn wenn Hawking-Strahlung real ist, sollte es sie geben Quanten-Flaum um die Außenseite des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs; und dieser Flaum sollte Gravitationswellenechos erzeugen.

„Bis zur jüngsten Entdeckung von Gravitationswellen konnten Wissenschaftler experimentell nicht feststellen, ob Materie aus Schwarzen Löchern entweicht.“ sagte Afshordi .

„Wenn der Quantenstaub, der für die Hawking-Strahlung verantwortlich ist, tatsächlich in der Nähe von Schwarzen Löchern existiert, könnten Gravitationswellen von ihm abprallen, was nach dem Hauptereignis der Gravitationskollision kleinere Gravitationswellensignale erzeugen würde, ähnlich wie sich wiederholende Echos.“

Das sagen Afshordi und sein Kollege, der Kosmologe Jahed Abedi vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Deutschland glauben, dass sie dies in den Gravitationsdaten hätten erkennen können. Ihre Ergebnisse, sagen sie, stimmen mit den simulierten Echos überein, die von Modellen unscharfer Schwarzer Löcher, die Hawking-Strahlung aussenden, vorhergesagt wurden.

Aber es gibt ein paar Vorbehalte. Zum einen wurde letztes Jahr eine Analyse der Gravitationswellendaten von GW 150914 – der ersten Gravitationswellendetektion – gefunden keine Hinweise auf Hawking-Strahlung .

Zusätzlich, eine weitere Studie letztes Jahr führte eine konzertierte Analyse aller bisher gesammelten Gravitationswellensignale durch und suchte nach Beweisen für Gravitationswellenechos und damit auch für Hawking-Strahlung. Es wurde „Nein“ gefunden statistisch signifikant Beweise' für Echos.

Es ist durchaus möglich, dass unsere Instrumente immer noch nicht empfindlich genug sind, um Hawking-Strahlung zu erkennen. Und Afshordi räumt ein, dass das vom Team entdeckte Signal tatsächlich nur Rauschen in den Daten sein könnte.

Der Weg, dies herauszufinden, wäre die Suche nach ähnlichen Signalen in anderen Gravitationswellen-Datensätzen.

„Da Wissenschaftler nun wissen, wonach wir suchen, können wir nach weiteren Beispielen suchen und erhalten eine viel belastbarere Bestätigung dieser Signale.“ sagte Afshordi .

„Eine solche Bestätigung wäre die erste direkte Untersuchung der Quantenstruktur der Raumzeit.“

Die Forschung wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik .

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