Een team van onderzoekers heeft Stephen Hawking’s voorspelling van zwarte gaten die verdampen via Hawking-straling bevestigd, hoewel ze een kritische wijziging hebben aangeboden. Volgens hun onderzoek is de waarnemingshorizon (de grens waarboven niets aan de zwaartekracht van een zwart gat kan ontsnappen) niet zo belangrijk als eerder werd gedacht voor de productie van Hawking-straling. In plaats daarvan spelen de zwaartekracht en de kromming van de ruimtetijd een belangrijke rol in dit proces. Dit inzicht breidt het bereik van Hawking-straling uit naar alle grote objecten in het universum, wat impliceert dat over een voldoende lange periode alles in het universum zou kunnen verdampen.
Uit onderzoek blijkt dat Stephen Hawking grotendeels gelijk had over zwarte gaten die verdampen via Hawking-straling. De studie benadrukt echter dat de waarnemingshorizon niet nodig is voor deze straling, en dat zwaartekracht en de kromming van ruimtetijd een belangrijke rol spelen. De bevindingen suggereren dat alle grote objecten, niet alleen zwarte gaten, uiteindelijk zouden kunnen verdampen als gevolg van een vergelijkbaar stralingsproces.
Uit nieuw theoretisch onderzoek van Michael Wondrak, Walter van Suijlekom en Heino Falcke van de Radboud Universiteit blijkt dat Stephen Hawking gelijk had over zwarte gaten, zij het niet helemaal. Door Hawking-straling zullen zwarte gaten uiteindelijk verdampen, maar de waarnemingshorizon is niet zo kritisch als gedacht. Zwaartekracht en de kromming van de ruimtetijd veroorzaken ook deze straling. Dit betekent dat alle grote objecten in het heelal, zoals de restanten van sterren, uiteindelijk zullen verdampen.
Met behulp van een slimme combinatie van kwantumfysica en Einsteins theorie van de zwaartekracht betoogde Stephen Hawking dat de spontane creatie en vernietiging van deeltjesparen moet plaatsvinden nabij de waarnemingshorizon (het punt waar voorbij geen ontsnapping aan de zwaartekracht mogelijk is).[{” attribute=””>black hole). A particle and its anti-particle are created very briefly from the quantum field, after which they immediately annihilate. But sometimes a particle falls into the black hole, and then the other particle can escape: Hawking radiation. According to Hawking, this would eventually result in the evaporation of black holes.
Schematic of the presented gravitational particle production mechanism in a Schwarzschild spacetime. The particle production event rate is highest at small distances, whereas the escape probability [represented by the increasing escape cone (white)] het is hoger op lange afstanden. Krediet: fysieke beoordelingsbrieven
Spiraal
In deze nieuwe studie hebben onderzoekers van de Radboud Universiteit dit proces opnieuw onderzocht en onderzocht of de aanwezigheid van een waarnemingshorizon inderdaad cruciaal is. Ze combineerden technieken uit de natuurkunde, astronomie en wiskunde om te onderzoeken wat er gebeurt als zulke deeltjesparen ontstaan in de omgeving van zwarte gaten. Uit het onderzoek bleek dat ook ver voorbij deze horizon nieuwe deeltjes kunnen ontstaan. Michael Wondrak: “We laten zien dat er naast de bekende Hawking-straling ook een nieuwe vorm van straling bestaat.”
Alles verdampt
Van Suijlekom: “We laten zien dat ver voorbij een zwart gat de kromming van de ruimtetijd een grote rol speelt bij het opwekken van straling. Daar worden de deeltjes al gescheiden door de getijdekrachten van het zwaartekrachtveld.” Waar eerder werd gedacht dat er geen straling mogelijk was zonder waarnemingshorizon, blijkt uit dit onderzoek dat zo’n horizon niet nodig is.
Falcke: “Dit betekent dat ook objecten zonder waarnemingshorizon, zoals de restanten van dode sterren en andere grote objecten in het heelal, dit soort straling hebben. En dat zou er na heel lange tijd toe leiden dat alles in het heelal uiteindelijk zou verdampen, net als zwarte gaten. Dit verandert niet alleen ons begrip van Hawking-straling, maar ook onze kijk op het universum en zijn toekomst.”
De studie werd op 2 juni gepubliceerd in
Michael Wondrak is excellence fellow at Radboud University and an expert in quantum field theory. Walter van Suijlekom is a Professor of Mathematics at Radboud University and works on the mathematical formulation of physics problems. Heino Falcke is an award-winning Professor of Radio Astronomy and Astroparticle Physics at Radboud University and known for his work on predicting and making the first picture of a black hole.
