Gravitációs hullámok elemzése igazolta Stephen Hawking fél évszázados elméletét a fekete lyukakról

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

50 évvel Stephen Hawking elméletének publikálása után a gravitációs hullámok segítségével sikerült bizonyítani, hogy a fekete lyukak eseményhorizontjának területe sohasem csökkenhet – adta hírül a Massachusetts Institute of Technology (MIT) honlapja. 

Az amerikai űrhivatal, a NASA által is támogatott kutatásban az MIT, a Caltech, a Stony Brook és a Cornell Egyetem csillagászai és fizikusai a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) által 2015-ben észlelt első, GW150914 jelű, két fekete lyuk összeolvadása során keletkezett gravitációs hullám jelét elemezték a korábbiaknál sokkal tüzetesebben.

Területi tétel

A három éve elhunyt Stephen Hawking 1971-ben szintén a Physical Review Letters folyóiratban publikálta a fekete lyukak kutatását azóta is meghatározó alaptételét, amely tisztán elméleti alapon azt jósolta, hogy egy fekete lyuk eseményhorizontjának – és egyébként az univerzum összes fekete lyukának – teljes területe soha nem csökkenhet. A tézis meglepő párhuzamot vont a termodinamika második törvényével, amely azt mondja ki, hogy az entrópia, vagyis a rendezetlenség mértéke egy objektumban szintén nem csökkenhet soha sem.

A két elmélet közötti hasonlóság azt sugallta, hogy a fekete lyukak hőtermelő, hőt kibocsátó objektumként viselkedhetnek – ami akkor és sokak számára ma is zavarba ejtő felvetés, mivel a fekete lyukakról úgy gondolták, hogy természetüknél fogva nem bocsátanak ki se anyagot, se energiát, vagyis nem sugároznak. 

Hawking 1974-ben elméleti alapon aztán bizonyította, hogy a fekete lyukaknak lehet entrópiájuk, és sugározhatnak is. A róla elnevezett Hawking-sugárzás lényege, hogy a kvantummechanika határozatlansági relációja (Heisenberg-elv) értelmében a fekete lyukak részecskéket bocsátanak ki magukból, így tömegük és energiájuk csökken – ezt nevezik a fekete lyukak párolgásának

A gravitációs hullám forrásául szolgáló fekete lyukak találkozásának fantáziarajzaFotó: VICTOR de SCHWANBERG/SCIENCE PHO/Science Photo Library

GW150914

Bár az 1971-es területtételről megszületése óta számosan bizonyították, hogy matematikailag működik, a LIGO megépítéséig és a gravitációs hullámok első észleléséig esélytelen volt valós megfigyelésére és gyakorlati igazolására. 

Az MIT cikke szerint egyébként 2015-ben Hawking azonnal felvette a kapcsolatot a LIGO társalapítójával, Kip Thorne profeszorral, hogy az észlelés igazolja-e a területi tételt, ám akkor még nem álltak rendelkezésre megfelelő módszerek arra, hogy elkülönítsék egymástól az összeolvadás előtti és utáni információkat, és ezáltal megállapítsák, csökkent-e a közös horizont területe vagy sem. 

A fizikusok, részben Thorne professzor kérésére, az elmúlt időszakban újraelemezték a GW150914 esemény kozmikus ütközés előtti és utáni jelét, és 95 százalékos biztonsággal kijelentették, hogy valóban nem csökkent a teljes eseményhorizont területe az egyesülés után. Mindezt olyan technológiával, amely az egyébként zajos utórezgésből konkrét frekvenciákat, vagyis hangokat emelt ki, amelyek segítségével ki tudták számítani a végső fekete lyuk tömegét és perdületét – e kettő alapján számítható ki az eseményhorizont területe.  

Nem mellesleg a tanulmány azt is közli, hogy a GW150914 esemény során létrejött objektum teljes horizontja nagyjából 235 ezer négyzetkilométer, ami Massachusetts állam területének kilencszerese.

A kutatócsoport azt tervezi, hogy a LIGO és az olaszországi Virgo detektor méréseinek segítségével tovább teszteli Hawking területtételét és a fekete lyukak mechanikájának más elméleteit is.

Korábbi kapcsolódó cikkeink: