H ακτινοβολία Hawking από την εξάτμιση αρχέγονων μαύρων τρυπών

Η ακτινοβολία Hawking ονομάζεται η ακτινοβολία που εκπέμπει μια μαύρη τρύπα. Ο Stephen Hawking συνδυάζοντας γενική σχετικότητα, κβαντομηχανική και θερμοδυναμική, απέδειξε την εξίσωση της θερμοκρασίας μιας μαύρης τρύπας:

T=\frac{h\,c^{3}}{16 \pi^{2} G\,M\,k} 

(μια «απόδειξη» της εξίσωσης περιγράφεται ΕΔΩ: Η θερμοκρασία Hawking, η αρχή της αβεβαιότητας και οι μαύρες τρύπες). Παρατηρείστε ότι σύμφωνα με την εξίσωση αυτή, η θερμοκρασία μιας μαύρης τρύπας είναι αντιστρόφως ανάλογη με την μάζα της – όσο μικραίνει η μάζα της μαύρης τρύπας η θερμοκρασία της αυξάνεται. Το αποτέλεσμα είναι η μάζα να μειώνεται όλο και πιο γρήγορα και η μαύρη τρύπα να εξατμίζεται. Για τις μαύρες τρύπες που γνωρίζουμε έμμεσα την ύπαρξή τους, και των οποίων οι μάζες είναι τεράστιες, εννοείται πως είναι αδύνατον να ανιχνευθεί η εκπεμπόμενη ακτινοβολία Hawking.

Όσον αφορά τις επονομαζόμενες «αρχέγονες μαύρες τρύπες», προς το παρόν εξακολουθούν να βρίσκονται στην φαντασία των θεωρητικών φυσικών. Υποτίθεται πως σχηματίστηκαν στο αρχέγονο σύμπαν πριν από τον σχηματισμό των άστρων και των γαλαξιών και μεταξύ άλλων υπάρχει και η πιθανότητα η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη, η οποία αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν, να συνίσταται από αρχέγονες μαύρες τρύπες. Ωστόσο, η ύπαρξη αυτών των μαύρων τρυπών δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Amsterdam και το Πανεπιστήμιο της California -Santa Cruz, πραγματοποίησαν πρόσφατα μια θεωρητική εργασία με στόχο την βελτίωση των περιορισμών των τιμών των παραμέτρων για τις οποίες οι αρχέγονες μαύρες τρύπες αποτελούν συστατικό της σκοτεινής ύλης. Στην εργασία τους, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters προτείνουν επίσης μια πιθανή μέθοδο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την άμεση ανίχνευση της ακτινοβολίας Hawking σε πυκνές περιοχές σκοτεινής ύλης που συνίσταται από τις υποτιθέμενες αρχέγονες μαύρες τρύπες.

Oι αρχέγονες μαύρες τρύπες για να αποτελούν ένα ποσοστό της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να έχουν μάζα από 1016 έως 1035 γραμμάρια, και μάλλον αποκλείεται να αποτελούν το 100% της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, υπάρχει ένα αξιοσημείωτο κενό στους περιορισμούς: αρχέγονες μαύρες τρύπες με μάζες τάξης μεγέθους των μαζών αστεροειδών (~1017 έως 1022 γραμμάρια) θα μπορούσαν να αποτελούν ακόμη και το σύνολο της σκοτεινής ύλης.

Η ανίχνευση της ακτινοβολίας Hawking που προέρχεται από αυτές θα μπορούσε να είναι ένα σημαντικό βήμα προς την παρατήρηση ή την ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης υπό μορφή αρχέγονων μαύρων τρυπών. Οι ερευνητές Coogan, Morrison και Profumo, εξέτασαν επίσης την δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα ως εργαλεία για την ανίχνευση της ακτινοβολίας Hawking των υποτιθέμενων αρχέγονων μαύρων τρυπών, δεδομένου ότι όσο μικρότερες είναι οι μάζες των μαύρων τρυπών τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία τους και η ενέργεια της ακτινοβολίας που εκπέμπουν. Oι ελαφριές αρχέγονες μαύρες τρύπες αναμένεται να εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking που αποτελείται από ένα μείγμα φωτονίων και άλλων σωματιδίων όπως ηλεκτρόνια και πιόνια

Παρά τον τίτλο της εργασίας των ερευνητών Coogan et al, ‘Direct Detection of Hawking Radiation from Asteroid-Mass Primordial Black Holes‘, προφανώς δεν ανιχνεύθηκε η ακτινοβολία Hawking. Αυτό που υποστηρίζουν οι ερευνητές Coogan et al είναι ότι,

  • αν υπάρχουν αρχέγονες μαύρες τρύπες και
  • αν οι μάζες τους είναι της τάξης των μαζών των αστεροειδών και
  • αν η διάρκεια ζωής τους είναι από εκατοντάδες έως αρκετά εκατομμύρια φορές η ηλικία του σύμπαντος,

τότε αποτελούν καλούς υποψήφιους για την σκοτεινή ύλη του σύμπαντος και οι παρατηρήσεις γύρω από πυκνές περιοχές (τέτοιας) σκοτεινής ύλης με τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα (για ενέργειες της τάξης MeV), θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία από την εξάτμιση Hawking.

πηγή: https://phys.org/news/2021-06-possibilities-hawking-emitted-primordial-black.html



Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ, ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: