Wykorzystają teorię Hawkinga. Może zmienić fizykę

Najnowsze badania teoretyczne wskazują, że mikroskopijne czarne dziury, powstałe po gwałtownych kosmicznych zderzeniach, mogą dostarczyć bezprecedensowych informacji o kwantowej strukturze czasoprzestrzeni. Naukowcy sugerują, że sygnały z tych obiektów mogą być wykrywalne przez obecne instrumenty.

- Nasza praca pokazuje, że jeśli te obiekty się formują, ich promieniowanie może być już wykrywalne za pomocą istniejących obserwatoriów promieniowania gamma - powiedział Francesco Sannino, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Południowej Danii.

Jedną z największych zagadek współczesnej fizyki jest zachowanie grawitacji na poziomie kwantowym. Nowe badania proponują innowacyjne podejście do eksploracji tego obszaru poprzez poszukiwanie promieniowania emitowanego przez małe czarne dziury, które powstają po zderzeniach większych czarnych dziur

Stephen Hawking w latach 70. zaproponował, że czarne dziury nie są całkowicie czarne i mogą emitować słabe promieniowanie, nazwane z czasem promieniowaniem Hawkinga. Dla dużych czarnych dziur efekt ten jest znikomy, ale dla bardzo małych czarnych dziur sytuacja wygląda inaczej.

Ze względu na podwyższoną temperaturę, małe czarne dziury szybko znikają, uwalniając wysokoenergetyczne cząstki, takie jak promienie gamma i neutrina. Analiza zespołu naukowców sugeruje, że to promieniowanie może tworzyć wyraźny sygnał, który już teraz może być w zasięgu obecnych detektorów.

Chociaż takie zjawiska nie zostały jeszcze zaobserwowane, naukowcy twierdzą, że ich formowanie jest teoretycznie możliwe. - Pomysł jest inspirowany analogicznymi procesami w zderzeniach gwiazd neutronowych - wyjaśnił Stefan Hohenegger z Instytutu Fizyki w Lyonie.

Jeśli takie promieniowanie zostanie wykryte, może otworzyć nowe możliwości w fizyce. - Promieniowanie Hawkinga zawiera informacje o kwantowej strukturze czasoprzestrzeni - powiedział Sannino. Jego właściwości spektralne mogą ujawnić odchylenia od Modelu Standardowego na ekstremalnych skalach energetycznych.

Instrumenty zdolne do wykrywania takich sygnałów to m.in. teleskopy Czerenkowa, takie jak HESS w Namibii, HAWC w Meksyku oraz LHAASO w Chinach, a także detektory satelitarne, jak Fermi Gamma-ray Space Telescope.

Naukowcy wykorzystali istniejące dane z HESS i HAWC, aby określić górne granice masy, która mogłaby być emitowana w formie "kęsów" podczas znanych zderzeń czarnych dziur. - Nasza analiza pokazuje, że ten nowy sygnał może oferować eksperymentalny dostęp do zjawisk kwantowej grawitacji - podsumował Cacciapaglia.

Choć badania dostarczają przekonujących argumentów za istnieniem "kęsów" czarnych dziur, pozostaje sporo niewiadomych. Dokładne warunki ich formowania są wciąż słabo zrozumiane, a pełne symulacje na niezbędną skalę nie zostały jeszcze przeprowadzone.

Przyszłe prace będą obejmować udoskonalanie modeli teoretycznych formowania "kęsów" i rozszerzenie analizy o bardziej realistyczne rozkłady masy i spinów - zapowiedział Sannino. Jeśli "kęsy" czarnych dziur istnieją, mogą nie tylko rozświetlić niebo egzotycznym promieniowaniem, ale także rzucić światło na jedne z najgłębszych nierozwiązanych zagadek fizyki.