Un termen matematic ciudat anulează tot ce se știa despre găurile negre

Găurile negre devin din ce în ce mai ciudate în fiecare zi. Renumitul fizician Stephen Hawking a descoperit că aceste găuri negre nu sunt chiar negre și, de fapt, emană căldură.

Doi fizicieni au realizat acum că găurile negre exercită și ele o presiune asupra împrejurimilor lor, notează Live Science.

• De Crăciun au loc mai multe atacuri de cord decât în oricare altă zi din an
• De ce uneori zăpada pare albastră?

Constatarea conform căreia „găurile negre atât de simple, care nu se rotesc, au presiune și temperatură, ceea ce le face și mai interesante”, a spus Xavier Calmet, co-autor al studiului și profesor de fizică la Universitatea din Sussex, Anglia.

Calmet și colegul său, Folkert Kuipers, examinau efectele cuantice în apropierea orizontului evenimentelor găurilor negre, lucru greu de identificat.  Cercetătorii au folosit o tehnică de simplificare a calculelor. În timp ce lucrau, în calculele lor a apărut un termen ciudat. Este o expresie a presiunii produse de o gaură neagră. Nimeni nu știa până acum că acest lucru era posibil, iar descoperirea schimbă viziunea oamenilor de știință asupra găurile negre și relațiile lor cu restul universului.

Motorul lui Hawking

În anii 1970, Hawking a devenit unul dintre primii fizicieni care au aplicat mecanica cuantică pentru a încerca să înțeleagă ce se întâmplă în zona din jurul unei găuri negre, unde nici măcar lumina nu poate scăpa o dată intrat în ea.

Înainte de această lucrare, se credea că aceste găuri negre erau obiecte simple. Teoria relativității generale prezice că o masă suficient de compactă poate deforma spațiul și timpul astfel încât să formeze o gaură neagră. Orizontul evenimentelor este „limita” unei găuri negre, definind regiunea în care ieșirea din negru ar necesita o călătorie mai rapidă decât lumina.

Hawking și-a dat seama că spuma cuantică, care se referă la o mare de particule care intră și ies în vidul spațiu-timp, poate afecta acea viziune simplistă a orizontului evenimentelor. Uneori, perechile de particule apar spontan din vidul spațiului-timp, apoi se anihilează reciproc într-un fulger de energie, readucând vidul la starea inițială. Dar când acest lucru se întâmplă prea aproape de o gaură neagră, una dintre perechi se poate bloca în spatele orizontului evenimentelor, iar cealaltă scapă.

Acest proces este cunoscut sub numele de radiație Hawking și prin aceste calcule s-a descoperit că găurile negre nu sunt în întregime, 100% negre. Strălucesc puțin. Această strălucire, cunoscută sub numele de „radiația corpului negru”, înseamnă că au și căldură și entropie.

O tehnică eficientă

Hawking s-a concentrat asupra modului în care mecanica cuantică a afectat vecinătatea unei găuri negre.

Începând cu anii 1970, diferiți fizicieni au încercat să dezvolte o teorie a gravitației cuantice și să aplice aceste teorii la fizica orizontului evenimentelor. Cea mai recentă încercare este acest nou studiu realizat de Calmet și Kuipers, publicat în septembrie în revista Physical Review D.

„Concluzia lui Hawking conform căruia găurile negre nu sunt negre, dar au un spectru de radiații care este foarte asemănător cu cel al unui corp negru, face din găurile negre un laborator ideal pentru a investiga interacțiunea dintre mecanica cuantică, gravitația și termodinamica”, a spus Calmet.

Fără o teorie completă a gravitației cuantice, cercetătorii au folosit o tehnică de aproximare, numită teoria câmpului eficient sau EFT. Această teorie presupune că gravitația la nivelul cuantic este slabă, așa cum se întâmplă atunci când gravitația din regimul cuantic este modelată ca fiind extrem de puternică.

Cum a apărut presiunea

Calmet și Kuipers cercetau termodinamica găurilor negre folosind EFT în vecinătatea orizontului evenimentelor, când au observat că în ecuații a apărut un termen matematic ciudat și le-a luat câteva luni să-și dea seama despre ce este vorba. Au realizat că termenul reprezenta o presiune, aceeași pe care o exercită aerul fierbinte în interiorul unui balon sau presiunea asupra unui piston din interiorul motorului mașinii.

Această presiune este extrem de mică, mult mai mică decât presiunea standard a aerului de pe Pământ. De asemenea, au descoperit că presiunea poate fi pozitivă sau negativă, în funcție de amestecul de particule cuantice din apropierea găurii negre.

Citește și: 

Premieră astronomică. Oamenii de știință au confirmat coliziunea dintre o gaură neagră și o stea neutronică

Singura modalitate prin care oamenii ar putea să intre într-o gaură neagră și să evite „spaghetificarea”

O gaură neagră care „mușcă” dintr-o stea la fiecare 114 zile, descoperită de astronomi