Može li svjetlost pobjeći gravitacijskom utjecaju crnih rupa?

Može li svjetlost pobjeći gravitacijskom utjecaju crnih rupa?

Astrofizičari su zadržali pojednostavljenu verziju crnih rupa čak četiri desetljeće nakon što su predvidjeli njihovo postojanje. Koncentracija mase je tolika da niti svjetlost ne može pobjeći gravitacijskom pritisku. Astronomi su vjerovali da su crne rupe crne zbog toga što su ograničene tzv. horizontom događaja (ili obzorom događaja).

Koncept “tamnih zvijezda” predstavio je 1783. britanski geolog John Michell. U dvadesetim i tridesetim godinama prošlog stoljeća astrofizičari su stvorili teorije, ali tek u posljednjih 25 godina uspjeli su početi prikupljati dobre opservacijske dokaze o postojanju crnih rupa. Ubrzo, skovana je izjava: “Crne rupe su crne budući da ništa ne može pobjeći od njihovog gravitacijskog zahvata.” Astronomi su promatrali crne rupe kroz interakciju s drugim svemirskim tijelima na koje su imale utjecaja.

Ovakav pogled na crne rupe počeo se mijenjati 1974. kada je britanski fizičar Stephen Hawking sastavio kompleksan niz jednadžbi zasnovan na teoriji kvantnog polja. Na iznenađenje fizičara, Hawking je pokazao kako crna rupa može emitirati zračenje. Regulirajuća emisija, koliko god mala bila, nazvana je Hawkingovo zračenje.

Hawking je pokazao kako postoji nekoliko načina na koje možemo razumjeti bijeg energije iz crne rupe. Prvo, razdvajanje parova materije-antimaterije javlja se neposredno izvan horizonta događaja. To bi značilo da zračenje ne dolazi iz same crne rupe, nego iz čestica koje prelaze na visoko energetsko stanje zbog ekstremne gravitacije crne rupe.

Drugo, vakumske fluktuacije mogu izazvati da se par materije-antimaterije nalazi u blizini horizonta događaja. Jedna čestica mogla bi završiti u crnoj rupi, dok bi druga ostala na prvotnoj poziciji. Kako bi napunili ‘rupu’ energijom usamljene čestice, energija bi morala pronaći put preko granice horizonta i time proizvesti zračenje. To bi izazvalo gubitak mase crne rupe, a promatrač bi mogao opaziti emitirano zračenje.

Ako crna rupa može gubiti masu, onda logično djeluje da bi ona mogla jednom i u potpunosti nestati. Taj procese nazivamo isparavanje crne rupe. Kada čestice pobjegnu iz crne rupe, one ne gube samo energiju, nego i masu (E=mc²). Za najjednostavniji oblik crne rupe, fizičari mogu procijeniti razinu Hawkingovog zračenja. Crna rupa solarne mase (1.9891 × 10³⁰ kg) proizvodi malenu razinu energije – samo 10^-28 watta.

Pod pretpostavkom da crna rupa miruje – ne prikuplja materiju – moguće je izračunati koliko će trebati proći vremena da bi isparila. Za već spomenutu crnu rupu odgovor je zapanjujući – 10⁶⁷ ili oko milijun puta više od kompletne povijesti svemira. Malene crne rupe mogle bi brže ispariti. Tako bi crna rupa s masom 10¹¹ kg nestala za ‘samo’ 3 milijarde godina.