Vědci jsou na stopě záhadnému záření, které produkují černé díry v poslední fázi své existence
Nic netrvá věčně, včetně černých děr. Během nesmírně dlouhé doby se vypaří, stejně jako jiné velké objekty ve vesmíru. Důvodem je Hawkingovo záření, pojmenované po Stephenu Hawkingovi, který tuto myšlenku v 70. letech 20. století rozvinul.
Problém je, že Hawkingovo záření nebylo nikdy spolehlivě pozorováno. Trojice evropských vědců se domnívá, že našla způsob, jak Hawkingovo záření pozorovat. Jejich práce je uvedena v článku nazvaném „Měření Hawkingova záření z černých děr v astrofyzikálních splynutích černých děr“.
Splynutí černých děr (BH) bylo předpovězeno již dávno, ale nikdy nebylo pozorováno. Teorie ukázala, že při těchto splynutích by se měly uvolňovat silné gravitační vlny. Nakonec v roce 2015 observatoř LIGO detekovala první splynutí.
Nyní jich vědci detekovali hned několik. Ve svém stručném výzkumném dopise vědci uvádějí, že tato splynutí jsou oknem do Hawkingova záření (HR). Při splynutí černých děr mohou vznikat takzvané „kousky“ černých děr o velikosti asteroidu, které jsou vyvrženy do vesmíru. Jejich malá velikost by měla umožnit detekci HR.
HR pocházející z těchto malých černých děr produkuje záření gama se zvláštním „otiskem“ vysokoenergetických fotonů. „V tomto dopise zkoumáme pozorovací důsledky produkce velkého množství malých BH morsellů během katastrofické události, jakou je splynutí dvou astrofyzikálních BH,“ vysvětlují autoři. „Jak ukážeme, Hawkingovo záření pocházející z těchto BH morselů dává vzniknout gama zábleskům (GRB) s charakteristickým otiskem.“
Když se černé díry vypařují, vyzařují částice ve sféricky symetrickém tvaru. Pokud jim větší sloučená BH nebrání ve výhledu, měly by k nám částice HR dorazit. Energie fotonů z těchto záblesků přesahuje škálu bilionů elektronvoltů (TeV).
Vědci tvrdí, že energetická úroveň gama záblesků z těchto soutokových děr je detekovatelná atmosférickými Čerenkovovými teleskopy, jako je například gama observatoř HAWC (High-Altitude Water Cherenkov). HAWC pozoruje fotony v rozsahu od 100 GeV do 100 TeV.
Mnoho otázek zůstává bez odpovědí. Autoři uvádějí, že tyto soustředěné BH budou vyzařovat nejvíce energie v blízkosti doby svého vypaření. Když však morsel BH vyzařují v intenzivním gravitačním prostředí splynutí BH, může být jejich Hawkingovo záření ovlivněno.
Totéž platí, pokud jsou morsely emitovány relativistickými rychlostmi. Oba tyto faktory by mohly změnit jejich spektra dříve, než se dostanou k našim detektorům. Ve standardním modelu částicové fyziky jsou místa, kde se věci hroutí kvůli našemu nedostatečnému porozumění. Autoři poukazují na to, že některé nové, dosud nepozorované fyzikální jevy by mohly rovněž zkreslit spektra morseových černých děr, což by ztížilo jejich pozorování.
Tyto morselové černé díry velikosti asteroidu mají ještě jeden opravdu zajímavý aspekt. Vzhledem k tomu, že fyzika ve velmi raném vesmíru byla jiná, je možné, že vznikly už tehdy. Pokud byly a pokud se doposud nevypařily, mohly by představovat temnou hmotu.
„Pozorování Hawkingova záření z kousků BH by nás proto mohlo poučit nejen o produkci takových kousků, ale také o částicové fyzice při energiích mimo dosah současných i budoucích experimentů na urychlovačích, které nesou otisky nové fyziky založené například na supersymetrii, kompozitní dynamice nebo extra dimenzích,“ píší autoři.
Autor: Lukáš Drahozal
Zdroj: home.cern, inspirehep.net