Undele gravitationale ne-ar putea ajuta sa intelegem mai bine gaurile negre, in mod specific daca acestea au un orizont al evenimentelor de nepatruns sau, datorita efectelor cuantice, situatia ar fi mult mai complicata, asa cum credea Hawking atunci cand a descoperit, cel putin din punct de vedere teoretic, radiatia care-i poarta numele.
Gaurile negre sunt obiecte misterioase, din care nici lumina nu poate iesi. In Univers exista un numar inca necunoscut de gauri negre – tocmai datorata faptului ca acestea nu emit semnale pe care sa le putem masura, ramanand invizibile. Totusi, recent s-a putut masura un semnal indirect al gaurilor negre generat de unirea acestora atunci cand un sistem binar, compus din doua gauri negre care se rotesc in jurul centrului de masa comun, pierde energie – tocmai prin undele gravitationale – si gaurile negre se unesc intr-o unica gaura neagra mai mare. Acest proces are loc cu emisie de unde gravitationale, adica oscilatii ale structurii spatio-temporale ale Universului, care au fost prezise de teoria relativitatii generale a lui Einstein si masurate recent de antenele gravitationale LIGO (in SUA) si VIRGO (in Italia).
Unde gravitationale sunt emise si in urma contopirii stelelor de neutroni, si acest proces la randul lui a fost masurat de LIGO si VIRGO; se crede ca in urma unirii stelelor de neutroni ia nastere o gaura neagra. Ei bine, doi cercetatori, Jahed Abedi si Niayesh Afshordi, au efectuat un studiu asupra undelor gravitationale care ar putea sa ne ajute sa intelegem cum arata orizontul evenimentelor si daca efectele cuantice sunt relevante. Rezultatele studiului au fost publicate recent in Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Cei doi cercetatori au studiat ecoul undelor gravitationale, cu obiectivul de a descoperi semnale in acest ecou legate de fenomenele cuantice prevazute de Stephen Hawking.
Practic, au studiat modul in care se comporta undele gravitationale generate de unirea a doua stele de neutroni care ar trebui sa dea nastere unei gauri negre. Undele gravitationale care iau nastere in acest proces pot fi afectate de structura gaurilor negre. Daca ar exista procese cuantice precum cele prevazute de Hawking la nivelul orizontului evenimentelor, un fel de granita intre exteriorul si interiorul gaurilor negre, acestea si-ar pune amprenta asupra ecoului undelor gravitationale care ar fi reflectate la nivelul orizontului evenimentelor.
Reamintim ca procesele cuantice care ar avea loc la nivelul orizontului evenimentelor ar da nastere asa-numitei radiatii a lui Hawking: o radiatie care extrage energie din gaura neagra si in timp, mai mult sau mai putin indelungat, depinzand de masa gaurii negre, ar duce la evaporarea acesteia. O gaura neagra foarte mica, precum o gaura neagra primordiala – care ar fi luat nastere imediat dupa Big Bang – ar putea sa se fi evaporat deja, in timp ce gaurile negre foarte mari au timpi de evaporare de multe miliarde de ani (in plus consumand materie si energie in loc sa se evapore cresc in continuare).
Fenomenul cuantic prevazut de Hawking a fost verificat in laborato, insa pe modele mecanice, de exemplu apa cu unde sonore; nimeni pana in prezent nu a reusit sa masoare in mod direct radiatia lui Hawking.
Cei doi cercetatori, Afshordi si Abedi, au prezentat in articolul lor primele rezultate din analiza datelor obtinute studiind ecoul undelor gravitationale: s-ar parea ca intr-adevar la nivelul orizontului evenimentelor ar putea exista fenomene cuantice care sa confirme ideea lui Hawking.
Exista insa posibilitatea ca rezultatele analizate sa fie afectate de catre erori de masuratoare, motiv pentru care este necesara masurarea mai multor procese de acest gen, adica a unirii unor stele de neutroni in gauri negre cu producerea de unde gravitationale care sa aiba un ecou bine masurat. In urmatorii ani LIGO si VIRGO vor masura multe astfel de procese si vor studia cu atentie ecoul undelor gravitationale pentru a descoperi eventuale indicatii ale fenomenelor cuantice care ar avea loc la granita gaurilor negre: acolo unde lumea se divide intre un Univers ce exista in afara gaurilor negre si cel din interiorul acestora care, la ora actuala, nimeni nu stie cum arata.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro