Σύμφωνα με μια διάσημη θεωρία του Stephen Hawking, οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται με την πάροδο του χρόνου, χάνοντας σταδιακά τη μάζα τους με τη μορφή ενός παράξενου είδους ακτινοβολίας, καθώς ο ορίζοντας γεγονότων δημιουργεί χάος στα γύρω κβαντικά πεδία.
Αποδεικνύεται όμως ότι ένας ορίζοντας γεγονότων μπορεί τελικά να μην είναι τόσο κρίσιμος για αυτή τη διαδικασία. Σύμφωνα με νέα έρευνα των αστροφυσικών Michael Wondrak, Walter van Suijlekom και Heino Falcke του Πανεπιστημίου Radboud στην Ολλανδία, μια αρκετά απότομη κλίση στην καμπυλότητα του χωροχρόνου θα μπορούσε να επιφέρει το ίδιο αποτέλεσμα.
Αυτό σημαίνει ότι η ακτινοβολία Χόκινγκ, ή κάτι πολύ παρόμοιο με αυτήν, μπορεί να μην περιορίζεται μόνο στις μαύρες τρύπες. Θα μπορούσε να υπάρχει παντού, πράγμα που μπορεί να σημαίνει ότι το Σύμπαν εξατμίζεται πολύ αργά μπροστά στα μάτια μας.
“Αποδεικνύουμε ότι”, λέει ο Wondrak, “εκτός από τη γνωστή ακτινοβολία Hawking, υπάρχει και μια νέα μορφή ακτινοβολίας”.
Η ακτινοβολία Hawking είναι κάτι που δεν έχουμε καταφέρει ποτέ να παρατηρήσουμε, αλλά η θεωρία και τα πειράματα δείχνουν ότι είναι πιθανή.
Ακολουθεί μια πολύ απλουστευμένη εξήγηση για το πώς λειτουργεί. Αν ξέρετε κάτι για τις μαύρες τρύπες, είναι πιθανότατα ότι είναι κοσμικές σκούπες, που καταβροχθίζουν βαρυτικά τα πάντα στην περιοχή τους, με μια αδυσώπητη τελειότητα, σωστά;
Λοιπόν, αυτό είναι πάνω κάτω η αλήθεια, αλλά οι μαύρες τρύπες δεν έχουν περισσότερη βαρύτητα από οποιοδήποτε άλλο σώμα ισοδύναμης μάζας. Αυτό που έχουν είναι πυκνότητα: πολλή μάζα στοιβαγμένη σε έναν πολύ, πολύ μικρό χώρο. Μέσα σε μια ορισμένη απόσταση από αυτό το πυκνό αντικείμενο, η βαρυτική έλξη γίνεται τόσο ισχυρή που η ταχύτητα διαφυγής – η ταχύτητα που απαιτείται για τη διαφυγή – είναι αδύνατη. Ούτε καν η ταχύτητα του φωτός στο κενό, το γρηγορότερο πράγμα στο Σύμπαν, δεν επαρκεί. Αυτή η εγγύτητα είναι γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων.
Ο Χόκινγκ έδειξε μαθηματικά ότι οι ορίζοντες γεγονότων μπορούν να παρεμβαίνουν στο πολύπλοκο μείγμα διακυμάνσεων που κυματίζουν μέσα στο χάος των κβαντικών πεδίων. Κύματα που κανονικά θα εξουδετερώνονταν δεν το κάνουν πλέον, οδηγώντας σε μια ανισορροπία στις πιθανότητες που παράγει νέα σωματίδια.
Η ενέργεια μέσα σε αυτά τα αυθόρμητα παραγόμενα σωματίδια συνδέεται άμεσα με τη μαύρη τρύπα. Οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θα έβλεπαν σωματίδια υψηλής ενέργειας να σχηματίζονται κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, τα οποία θα μετέφεραν γρήγορα μεγάλες ποσότητες ενέργειας της μαύρης τρύπας και θα προκαλούσαν την ταχεία εξαφάνιση του πυκνού αντικειμένου.
Οι μεγάλες μαύρες τρύπες θα έλαμπαν με ένα ψυχρό φως με τρόπους που θα ήταν δύσκολο να ανιχνευθούν, με αποτέλεσμα η μαύρη τρύπα να χάνει σταδιακά την ενέργειά της ως μάζα σε πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Ένα πολύ παρόμοιο φαινόμενο υποθετικά συμβαίνει στα ηλεκτρικά πεδία. Γνωστό ως φαινόμενο Schwinger, οι αρκετά ισχυρές διακυμάνσεις σε ένα ηλεκτρικό κβαντικό πεδίο μπορούν να διαταράξουν την ισορροπία των εικονικών σωματιδίων ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, προκαλώντας την εμφάνιση ορισμένων. Ωστόσο, σε αντίθεση με την ακτινοβολία Hawking, το φαινόμενο Schwinger δεν θα χρειαζόταν ορίζοντα – μόνο ένα απίστευτα ισχυρό πεδίο.
Αναρωτώμενοι αν υπήρχε ένας τρόπος για την εμφάνιση σωματιδίων στον καμπυλωμένο χωροχρόνο, ανάλογος με το φαινόμενο Schwinger, ο Wondrak και οι συνάδελφοί του αναπαρήγαγαν μαθηματικά το ίδιο φαινόμενο σε ένα εύρος βαρυτικών συνθηκών.
“Δείχνουμε ότι πολύ πέρα από μια μαύρη τρύπα η καμπυλότητα του χωροχρόνου παίζει μεγάλο ρόλο στη δημιουργία ακτινοβολίας”, εξηγεί ο van Suijlekom. “Τα σωματίδια διαχωρίζονται ήδη εκεί από τις παλιρροϊκές δυνάμεις του βαρυτικού πεδίου”.
Οτιδήποτε είναι κατάλληλα ογκώδες ή πυκνό μπορεί να παράγει σημαντική καμπυλότητα του χωροχρόνου. Βασικά, το βαρυτικό πεδίο αυτών των αντικειμένων προκαλεί τη στρέβλωση του χωροχρόνου γύρω από αυτά. Οι μαύρες τρύπες είναι το πιο ακραίο παράδειγμα, αλλά ο χωροχρόνος καμπυλώνεται επίσης γύρω από άλλα πυκνά νεκρά άστρα, όπως τα άστρα νετρονίων και οι λευκοί νάνοι, καθώς και από εξαιρετικά ογκώδη αντικείμενα, όπως τα σμήνη γαλαξιών.
Σε αυτά τα σενάρια, διαπίστωσαν οι ερευνητές, η βαρύτητα μπορεί ακόμα να επηρεάσει τις διακυμάνσεις στα κβαντικά πεδία αρκετά ώστε να προκύψουν νέα σωματίδια που μοιάζουν πολύ με την ακτινοβολία Hawking, χωρίς να απαιτείται ο καταλύτης ενός ορίζοντα γεγονότων.
“Αυτό σημαίνει ότι αντικείμενα χωρίς ορίζοντα γεγονότων, όπως τα υπολείμματα νεκρών άστρων και άλλα μεγάλα αντικείμενα στο Σύμπαν, έχουν επίσης αυτού του είδους την ακτινοβολία”, λέει ο Falcke.
“Και, μετά από ένα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, αυτό θα οδηγούσε στο να εξατμιστούν τελικά τα πάντα στο Σύμπαν, ακριβώς όπως οι μαύρες τρύπες. Αυτό αλλάζει όχι μόνο την κατανόησή μας για την ακτινοβολία Hawking, αλλά και την άποψή μας για το Σύμπαν και το μέλλον του”.
Ωστόσο, δεν έχετε να ανησυχείτε για τίποτα στο άμεσο μέλλον. Μια μαύρη τρύπα με τη μάζα του Ήλιου (με διάμετρο ορίζοντα γεγονότων μόλις 6 χιλιόμετρα ή 3,7 μίλια, παρεμπιπτόντως) θα χρειαζόταν 1064 χρόνια για να εξατμιστεί.
Η έρευνα έχει δημοσιευτεί στο Physical Review Letters και είναι διαθέσιμη στο arXiv.