Hvað er Hawking-geislun og hvað gerir hún?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað er Hawking-geislun og hvað gerir hún?
Upp úr 1970 lagði stjarneðlisfræðingurinn Stephen Hawking á grundvelli skammtafræðinnar fram kenningar um að svarthol sendi frá sér geislun. Í reynd geislar svartholið sjálft ekki frá sér efni, enda gengi það þvert á skilgreininguna á svartholi, heldur kemur geislunin frá svæðinu rétt utan við hinn svokallaða sjóndeildarflöt. Að jafnaði er litið á sjóndeildarflöt svarthols sem yfirborð þess. Flöturinn er þó ekki yfirborð í eiginlegum skilningi, það er hann er ekki gerður úr efnisögnum. Hann markar staðinn þar sem þyngdarsvið svartholsins verður nægjanlega öflugt til að ljósgeisli sem fer inn fyrir flötinn sleppur ekki þaðan aftur, það er þar sem lausnarhraði svartholsins verður jafn hraða ljóssins.

Óvissulögmál skammtafræðinnar kveður á um að undir vissum kringumstæðum geta agnir myndast úr engu en einungis í afar skamman tíma í senn (sjá efstu mynd hér til vinstri). Þar sem orka getur ekki myndast úr engu myndast bæði eind, sú bláa, og andeind hennar, sú rauða. Þannig myndast engin umframorka, það er heildarorkan er ennþá núll. Setjum sem svo að nú dragist andeindin, eindin með neikvæðu orkuna, inn í svartholið en jáeindin sleppi burt (sjá myndina í miðið). Í raun geta einungis eindir með jákvæða orku sloppið burt frá svartholinu. Þar sem efnisagnir í alheimi eru undantekningalítið hlaðnar jákvæðri orku er svartholið, sem rauða ögnin féll inn í, með jákvæða orku. Þegar ögnin fer inn minnkar því heildarorka svartholsins og því massi þess. Athuganda sem stendur hjá virðist sem svartholið geisli frá sér jáeindinni þó hún myndist í raun rétt utan sjóndeildarflatarins (neðsta myndin hér að framan). Þessi geislun kallast Hawking-geislun.

Til að þessi geislun geti átt sér stað þarf hiti svartholsins að vera meiri en hitinn í geimnum umhverfis svartholið. Þeim mun massaminna sem svarthol er þeim mun heitara er það. Því eykst þessi geislun stöðugt. Á endanum gufar svartholið endanlega upp með tilheyrandi hamagangi og látum. Uppgufun svarthols tekur mjög langan tíma. Útreikningar sýna að svarthol með massa meðalstjörnu gufi upp á 10⁶⁵ árum og ofursvarthol á borð við þau sem álitið er að leynist í miðjum vetrarbrauta hverfi eftir 10¹⁰⁰ ár. Til samanburðar má skoða að aldur alheims er rétt um 1,4·10¹⁰ ár. Því er næsta víst að svartholin gufa ekki upp í bráð.

---

Þetta svar er hluti af lengri umfjöllun um svarthol á Stjörnufræðivefnum og er hér birt með góðfúslegu leyfi....