Stephen Hawking sugárzása és a mikro fekete lyukak
Stephen Hawking a 70-es években tette le a modern elméleti fizika egyik sarokkövét: bebizonyította, hogy a fekete lyukak nem teljesen „feketék”, hanem kvantumhatások következtében sugárzást bocsátanak ki, így tömegük fokozatosan csökken. Ez az úgynevezett Hawking-sugárzás. Nem elhanyagolható tényező, hogy a fekete lyukak sugárzási hőmérséklete fordított arányban áll a tömegükkel – vagyis minél kisebb a fekete lyuk, annál forróbb, és annál intenzívebben sugároz.
A kisebb, elméleti mikro fekete lyukak, amelyek tömege egy aszteroidához – például kb. 100 milliárd kg-hoz – mérhető, a hatalmas, fénylő fekete lyukakhoz képest jóval hevesebb sugárzással párolognának el. A mostani elméleti kutatások szerint ezek a „morzsák” két fekete lyuk összeolvadásakor, a kozmikus energiakitörés hevében keletkezhetnének, majd viszonylag gyorsan el is párolognának, nagy energiájú részecskeburstot, például gamma-sugárzást bocsátva a térbe.
Új lehetőség a kvantumgravitáció megismerésére
Ettől függetlenül ezeknek a fekete lyukmorzsáknak a létezését közvetlenül még nem sikerült megfigyelni, de elméletileg kifejezetten valószínű a létrejöttük. A neutroncsillagok ütközése során tapasztalt instabilitásokhoz hasonlóan ugyanis a fekete lyuk egyesüléseknél is „lecsípődhet” egy-egy kisebb tömegű, forró objektum.
Az adott mikro fekete lyuk életciklusa tömegétől függően néhány ezredmásodperctől akár évekig is tarthat, így sugárzásuk különféle megfigyelőeszközökkel is észlelhető lenne. A Hawking-sugárzás sajátos spektrális jellemzői akár azt is lehetővé tennék, hogy a téridő kvantumszerkezetének eddig ismeretlen tulajdonságaira derüljön fény, sőt akár új, ismeretlen részecskék vagy extra dimenziók létezésére is utalhatnának.
Nem elhanyagolható tényező, hogy ezek az energiaskálák sok nagyságrenddel magasabbak annál, mint amire bármilyen földi részecskegyorsító (például a CERN Nagy Hadronütköztetője) képes.
Hogyan lehet megtalálni a morzsákat?
A kutatók szerint fekete lyukmorzsa kialakulásakor minden irányban magas energiájú gamma-kitörés jelentkezik, amely teljesen eltér a hagyományos, fókuszált gamma-kitörésektől. Az ilyen jelenségeket jelenleg is működő földi és űrbeli műszerekkel lehetne detektálni. Ilyen például a Namíbiában található Nagyenergiás Stereoszkopikus Rendszer (High Energy Stereoscopic System, HESS), a mexikói Nagy Magasságú Víz Cherenkov Obszervatórium (High-Altitude Water Cherenkov Observatory, HAWC), a kínai Nagy Magasságú Légzuhatag Obszervatórium (Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO), valamint az űrbéli Fermi Gamma-sugár Űrteleszkóp (Fermi Gamma-ray Space Telescope).
A tudóscsapat a HESS és a HAWC adatait is felhasználta annak becslésére, hogy mennyi tömeg „morzsa” formájában távozhatott már ismert fekete lyuk összeolvadások során. Bár konkrét észlelés még nincs, ezek az elemzések máris fontos megfigyelési határt szabnak az elméletnek.
Izgalmas kezdet, bizonytalan folytatás
Egyelőre még sok a bizonytalanság: a mikro fekete lyukak születésének pontos feltételeit nem ismerték ki teljesen, a folyamatokat leíró, valósághű szimulációk még váratnak magukra. Ennek fényében a kutatók folytatják elméleti modelljeik tökéletesítését, a jövőben pedig együtt kívánnak működni a megfigyelő csillagászokkal, hogy célzottan keressék ezeket a jeleket mind archív, mind jövőbeli adathalmazokban.
Ha léteznek fekete lyukmorzsák, és sikerül őket észlelni, az nemcsak az eget világítaná meg egzotikus sugárzással, hanem a fizika egyik legnagyobb rejtélyére, a kvantumgravitáció mibenlétére is fényt deríthetne.
