» » » » » Coliziunea și evaporarea găurilor negre

Coliziunea și evaporarea găurilor negre

Coliziuni de mare energie

Eveniment simulat în detectorul CMS, o coliziune în care poate fi creată o gaură neagră
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:CMS_Higgs-event.jpg

(Un eveniment simulat în detectorul CMS, o coliziune în care poate fi creată o gaură neagră.)

Colapsul gravitațional nu este singurul proces care ar putea crea găuri negre. În principiu, găurile negre ar putea fi formate în coliziuni de energie înaltă care să obțină o densitate suficientă. Începând cu anul 2002, niciun astfel de eveniment nu a fost detectat, direct sau indirect, ca o deficiență a balanței masice în experimentele de accelerare a particulelor. Acest lucru sugerează că trebuie să existe o limită inferioară pentru masa găurilor negre. Teoretic, această limită se așteaptă să se situeze în jurul masei Planck (mP = √ħc/G ≈ 1,2 × 1019 GeV/c2 ≈ 2,2 × 10-8 kg), unde se așteaptă ca efectele cuantice să anuleze predicțiile relativității generale. Acest lucru ar face ca crearea găurilor negre să nu fie la îndemâna oricărui proces de energie înaltă care să apară pe sau aproape de Pământ. Cu toate acestea, anumite evoluții ale gravitației cuantice sugerează că masa Planck ar putea fi mult mai mică: unele scenarii de tip brane de univers, de exemplu, au pus limita la 1 TeV/c2. Acest lucru ar face posibilă crearea de găuri micro negre în coliziunile cu energie înaltă care apar atunci când razele cosmice au lovit atmosfera Pământului sau, eventual, în Large Hadron Collider la CERN. Aceste teorii sunt foarte speculative, iar crearea găurilor negre în aceste procese este considerată puțin probabilă de către mulți specialiști.  Chiar dacă s-ar putea forma micro găuri negre, se așteaptă ca acestea să se evapore în aproximativ 10-25 secunde, fără a reprezenta nicio amenințare pentru Pământ.

Creşterea

Odată ce s-a format o gaură neagră, ea poate continua să crească prin absorbția de materie suplimentară. Orice gaură neagră va absorbi continuu gazul și praful interstelar din împrejurimile sale. Acesta este procesul principal prin care găurile negre supermasive par să fi crescut. Un proces similar a fost sugerat pentru formarea găurilor negre de masă intermediară găsite în grupurile globulare. Găurile negre se pot îmbina, de asemenea, cu alte obiecte, cum ar fi stelele sau chiar alte găuri negre. Se crede că acest lucru a fost important, mai ales în ceea ce privește creșterea timpurie a găurilor negre supermasive, care s-ar fi putut forma din agregarea multor obiecte mai mici. Procesul a fost de asemenea propus ca fiind originea unor găuri negre de masă intermediară.

Evaporarea

În 1974, Hawking a prezis că găurile negre nu sunt în întregime negre, ci emit cantități mici de radiații termice; acest efect a devenit cunoscut sub numele de radiația Hawking. Aplicând teoria câmpului cuantic într-un fundal static de gaură neagră, el a stabilit că o gaură neagră ar trebui să emită particule care prezintă un spectru perfect al corpului negru. Din publicația lui Hawking, mulți alții au verificat rezultatul prin diferite abordări. Dacă teoria lui Hawking despre radiația găurii negre este corectă, atunci se așteaptă ca găurile negre să se micșoreze și să se evapore în timp, pierzând masa prin emisia de fotoni și alte particule. Temperatura acestui spectru termic (temperatura Hawking) este proporțională cu gravitația suprafeței găurii negre, care, pentru o gaură neagră Schwarzschild, este invers proporțională cu masa. Prin urmare, găurile negre mari emit radiație mai mică decât găurile negre mici.

O gaură neagră stelară de 1 M are o temperatură Hawking de 62 nanokelvini. Acest lucru este mult mai mic decât temperatura de 2,7 K a radiației cosmice de fond de microunde. Masele stelare sau găurile negre mai mari primesc mai multă masă din fundalul cosmic de microunde decât emit prin radiația Hawking și astfel vor crește în loc să se micsoreze. Pentru a avea o temperatură Hawking mai mare de 2,7 K (și să se poată evapora), o gaură neagră ar avea nevoie de o masă mai mică decât Luna. O astfel de gaură neagră ar avea un diametru mai mic de o zecime de milimetru.

Dacă o gaură neagră este foarte mică, se așteaptă ca efectele radiației să devină foarte puternice. Chiar și o gaură neagră care este grea în comparație cu un om, se va evapora într-o clipă. O gaură neagră cu masa unei mașini ar avea un diametru de aproximativ 10-24 de metri și îi va lua o nanosecundă pentru a se evapora, timp în care pentru scurt timp va avea o luminozitate de peste 200 de ori mai mare decât cea a Soarelui. Găurile negre de masă inferioară se așteaptă să se evapore și mai repede; de exemplu, o gaură neagră cu masa 1 TeV/c2 ar avea nevoie de mai puțin de 10-88 secunde pentru a se evapora complet. Pentru o astfel de gaură neagră mică, este de așteptat ca efectele de gravitație cuantică să joace un rol important și ar putea să rezulte ipotetic o astfel de gaură neagră stabilă, deși evoluțiile curente în gravitația cuantică nu indică acest lucru.

Radiația Hawking pentru o gaură neagră astrofizică este prezisă a fi foarte slabă și ar fi extrem de dificil de detectat de pe Pământ. O posibilă excepție, totuși, este explozia razelor gama emise în ultima etapă a evaporării găurilor negre primordiale. Căutările pentru astfel de mișcări s-au dovedit a fi nereușite și oferă limite stricte asupra posibilității existenței unor găuri negre primordiale negre. Telescopul spațial  de radiații gama Fermi al NASA, lansat în 2008, va continua să caute aceste flash-uri.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *