Stephen Hawking had gelijk over zwarte gaten, maar niet helemaal, blijkt uit nieuw theoretisch onderzoek van Michael Wondrak, Walter van Suijlekom en Heino Falcke van de Radboud Universiteit. Door Hawking-straling zullen zwarte gaten uiteindelijk verdampen, maar de waarnemingshorizon is daarbij niet zo cruciaal als werd gedacht. De zwaartekracht en de kromming van de ruimte zorgen al voor het ontstaan van straling. Hierdoor zullen álle grote objecten in het heelal, zoals restanten van sterren, uiteindelijk verdampen.
Stephen Hawking stelde door een slimme combinatie van kwantumfysica en Einsteins zwaartekrachttheorie dat er in de buurt van de waarnemingshorizon (het punt waar voorbij je niet meer kunt ontsnappen aan de aantrekking van een zwart gat) spontane creatie en vernietiging van deeltjesparen moet plaatsvinden. Een deeltje en zijn antideeltje worden voor een kort moment uit het kwantumveld gecreëerd en verdwijnen direct daarna weer. Maar soms komt een deeltje in het zwarte gat terecht en dan kan het andere deeltje ontsnappen: de Hawking-straling. Volgens Hawking zou dit er uiteindelijk toe leiden dat zwarte gaten verdampen.
Horizon
In deze nieuwe studie bekeken de onderzoekers van de Radboud Universiteit of deze bekende verklaring een goed beeld van het proces schetst en of inderdaad de waarnemingshorizon cruciaal is. Hiervoor combineerden ze technieken van de natuurkunde, sterrenkunde en wiskunde om te achterhalen wat er gebeurt als zulke deeltjesparen gecreëerd worden in de omgeving van zwarte gaten. Uit de studie blijkt dat ook ver voorbij die horizon nieuwe deeltjes gemaakt kunnen worden. Michael Wondrak: ‘Wij laten zien dat er, naast de bekende Hawking-straling, nog een nieuwe vorm van straling bij komt.’
Alles verdampt
Van Suijlekom: ‘Wij tonen aan dat al ver buiten een zwart gat de kromming van de ruimte een grote rol speelt bij het ontstaan van straling. De deeltjes worden daar al uit elkaar gescheurd door de getijdenkrachten van het zwaartekrachtveld.’ Waar voorheen werd gedacht dat er geen straling mogelijk was zonder waarnemingshorizon, toont dit onderzoek aan dat deze horizon niet nodig is.
Falcke: ‘Dat betekent dat ook objecten zonder waarnemingshorizon, zoals restanten van dode sterren en andere grote objecten in het heelal, dit soort straling hebben. En dat zou ertoe leiden dat na een heel lange periode alles in het heelal uiteindelijk zal verdampen, net als zwarte gaten. Dit verandert niet alleen ons begrip van Hawking-straling, maar ook onze kijk op het heelal en haar toekomst.’ Het onderzoek werd op 2 juni in “Physical Review Letters” van de American Physical Society (APS) gepubliceerd.
De uitleg rond Hawking-straling met virtuele deeltjes lees je op heel veel plekken, zelfs bij Hawking zelf. Toch is dit fout (en Hawking wist dit; waarom hij het toch zo formuleerde weet ik niet, maar het werkt verwarrend). Hawking-straling is thermisch en bestaat uit echte deeltjes: fotonen.
De complete uitleg gaat wel te ver voor Astroblogs denk ik, ik volg het zelf in elk geval absoluut niet compleet. Wat ik wel begrijp is dat er door de kromming van de ruimte een verschil ontstaat tussen wat ik ver van het zwarte gat meet als de energie van het vacuum en wat ik meet als ik dichtbij het zwarte gat ben. Beide zijn weliswaar de laagste energietoestand die ter plekke mogelijk is, maar als ik deze energieniveaus als het ware op elkaar zou leggen, dan zouden ze verschillend blijken te zijn (analoog aan het gegeven dat als ik met hoge snelheid op reis ga, ik vanuit mezelf bekeken nog steeds 1 seconde per seconde ouder wordt, maar voor achterblijvers op aarde lijk ik zeg 0,1 seconde per seconde ouder te worden). Dat is relativiteitstheorie: twee waarnemers met verschillende snelheden of in verschillende zwaartekrachtsvelden meten de eigenschappen van het heelal met verschillende resultaten. Het heelal wil die niveaus gelijk trekken (entropie moet toenemen) zoals warm en koud water in een bak zich mengen, dus energie uitwisselen, tot de temperatuursverschilen weg zijn. Dat is, nog altijd incompleet maar in elk geval zonder die virtuele deeltjes, hoe Hawking-straling werkt.
Ik vind dit nieuws superinteressant. Ik ben bijvoorbeeld benieuwd of dit gevolgen heeft voor de stabiliteit van protonen.