22:05 2024-05-31 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Detectarea „radiației Hawking” din găurile negre folosind telescoapele de astăzi

_ Detectarea „radiației Hawking” de la găurile negre folosind telescoapele de astăzi

În 1974, Stephen Hawking a susținut că găurile negre ar trebui să emită particule și să le absoarbă. Această așa-numită „radiație Hawking” nu a fost încă observată, dar acum un grup de cercetare din Europa a descoperit că radiația Hawking ar trebui să fie observabilă de telescoapele existente care sunt capabile să detecteze particule de lumină cu energie foarte mare.

Când două găuri negre masive se ciocnesc și se contopesc, sau o stea neutronică și o gaură neagră fac acest lucru, ele emit unde gravitaționale, ondulații în țesătura spațiu-timpului care călătoresc spre exterior. Unele dintre aceste valuri trec peste Pământ milioane sau miliarde de ani mai târziu. Aceste valuri au fost prezise de Einstein în 1916 și observate pentru prima dată direct de detectoarele LIGO în 2016. De atunci au fost detectate zeci de unde gravitaționale din fuziunile găurilor negre.

Aceste fuziuni emit, de asemenea, o serie de „bucături de găuri negre”. ,” găuri negre mai mici, cu mase de ordinul unui asteroid, create în câmpul gravitațional extrem de puternic rezultat în jurul fuziunii datorită așa-numitelor efecte „neliniare”, de mare viteză în relativitatea generală. Aceste neliniarități apar din cauza soluțiilor în mod inerent complexe ale ecuațiilor lui Einstein, deoarece spațiu-timp și mase deformate unul asupra celuilalt și ambele răspund și creează noi spațiu-timp și mase.

Această complexitate generează, de asemenea, explozii de raze gamma extrem de energetice. fotonii. Aceste explozii au caracteristici similare, cu o întârziere de la fuziunea ordinului timpului lor de evaporare. O masă de bucăți de 20 de kilotone are o durată de viață de evaporare de 16 ani, dar acest număr se poate schimba drastic, deoarece timpul de evaporare este proporțional cu masa bucății în cuburi.

Botilele mai grele vor furniza inițial un semnal de explozie de raze gamma constant. , caracterizată prin energii reduse ale particulelor, proporțional cu temperatura Hawking. Temperatura Hawking este invers proporțională cu masa unei găuri negre.

Echipa de cercetare a arătat, prin calcule numerice folosind un cod public open source numit BlackHawk, care calculează spectrele de evaporare Hawking pentru orice distribuție a găurilor negre, că Radiația Hawking din bucățile găurii negre creează explozii de raze gamma care au o amprentă distinctă. Lucrarea este publicată pe serverul arXiv preprint.

Detectarea unor astfel de evenimente, care au semnale multiple — unde gravitaționale, radiații electromagnetice, emisii de neutrini — se numește astronomie multimesager în comunitatea astrofizică și face parte din observarea. programe la detectoarele de unde gravitaționale LIGO din SUA, VIRGO în Italia și, în Japonia, telescopul cu unde gravitaționale KAGRA.

Semnalele vizibile de la evaporarea găurii negre includ întotdeauna fotoni peste intervalul TeV (un trilion de electroni volți). , aproximativ 0,2 microjouli, de exemplu, CERN Large Hadron Collider din Europa, cel mai mare accelerator de particule de pe planetă, ciocnește protonii cu o energie totală de 13,6 TeV). Aceasta oferă o „oportunitate de aur”, scrie grupul, pentru așa-numitele telescoape Cherenkov atmosferice de înaltă energie pentru a detecta această radiație Hawking.

Aceste telescoape Cherenkov sunt antene de la sol care pot detecta fotoni foarte energici ( raze gamma) în intervalul de energie de la 50 GeV (miliarde de electroni volți) până la 50 TeV. Aceste antene realizează acest lucru prin detectarea fulgerelor de radiație Cherenkov care sunt produse pe măsură ce razele gamma trec în cascadă prin atmosfera Pământului, călătorind mai repede decât viteza obișnuită a undei luminii în aer.

Reamintim că lumina călătorește puțin mai lent în aer decât în ​​vid, deoarece aerul are un indice de refracție puțin mai mare decât unu. Radiația de raze gamma Hawking care coboară în jos prin atmosferă depășește această valoare mai lentă, creând radiația Cerenkov (numită și radiație de frânare - Bremsstrahlung în germană). Lumina albastră văzută în bazinele de apă care înconjoară tijele de reacție dintr-un reactor nuclear este un exemplu de radiație Cerenkov.

Acum există patru telescoape care pot detecta aceste cascade de radiații Cerenkov - Sistemul Stereoscopic de Energie Înaltă ( HESS) în Namibia, telescoapele Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes (MAGIC) de pe una dintre Insulele Canare, Primul Telescop Cherenkov G-APD (FACT), tot pe insula La Palma din arhipelagul Canare și Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) în Arizona. Deși fiecare folosește o tehnologie diferită, toți pot detecta fotonii Cerenkov în intervalul de energie GeV-TeV.

Detectarea unei astfel de radiații Hawking ar arunca, de asemenea, lumină (ahem...) asupra producției de bucăți de găuri negre, precum și producția de particule la energii mai mari decât poate fi atinsă pe Pământ și poate prezenta semne ale unei noi fizici, cum ar fi supersimetria, dimensiunile suplimentare sau existența particulelor compozite bazate pe forța puternică.

„A fost o surpriză. pentru a descoperi că bucățile de găuri negre pot radia peste capacitățile de detectare ale telescoapelor Cherenkov de înaltă energie actuale de pe Pământ”, a declarat Giacomo Cacciapaglia, autor principal de la Universitatea Lyon Claude Bernard 1 din Lyon, Franța. Remarcând că detectarea directă a radiației Hawking din bucățile de găuri negre ar fi prima dovadă a comportamentului cuantic al găurilor negre, el a spus că „dacă semnalul propus este observat, va trebui să punem la îndoială cunoștințele actuale despre natura găurilor negre” și producția de bucăți.

Cacciapaglia a spus că intenționează să contacteze colegii din grupurile experimentale, apoi să folosească datele colectate pentru a căuta radiația Hawking pe care o propun.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)

Inapoi