Para ilmuwan menggunakan teori Stephen Hawking untuk mengusulkan 'potongan lubang hitam' – objek aneh dan kompak yang bisa mengungkapkan fisika baru
Kecil lubang hitam Dibuat setelah tabrakan kosmik kekerasan dapat menawarkan wawasan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang struktur kuantum ruang dan waktu, sebuah studi teoritis baru mengusulkan.
Terlebih lagi, sinyal dari “potongan lubang hitam” ini berpotensi terdeteksi oleh instrumen saat ini, para ilmuwan dilaporkan dalam penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Fisika Nuklir b.
“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa jika objek-objek ini terbentuk, radiasi mereka mungkin sudah dapat dideteksi menggunakan observatorium sinar gamma yang ada,” Francesco Sanninoseorang fisikawan teoretis di University of Southern Denmark dan rekan penulis penelitian, mengatakan kepada Live Science melalui email.
Radiasi menjajakan dan lubang hitam terkecil
Salah satu misteri terdalam dalam fisika modern adalah bagaimana gravitasi berperilaku pada tingkat kuantum. Studi baru ini menawarkan proposal berani untuk mengeksplorasi rezim ini dengan mencari cahaya yang diproduksi oleh Tiny lubang hitam dibuat setelah tabrakan lubang hitam raksasa.
Gagasan bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam, dan karena itu dapat memancarkan radiasi yang samar, pertama kali diusulkan oleh Stephen Hawking pada tahun 1970 -an. Perhitungannya mengungkapkan bahwa efek kuantum di dekat lubang hitam Event Horizon akan menyebabkannya memancarkan radiasi dan kehilangan massa – suatu proses yang sekarang dikenal sebagai radiasi Hawking. Suhu lubang hitam diprediksi berbanding terbalik dengan massanya. Jadi untuk lubang hitam astrofisika masif, efeknya sangat kecil, dengan suhu sangat rendah sehingga radiasi secara efektif tidak terdeteksi. Tetapi untuk lubang hitam yang sangat kecil, situasinya berbeda.
“Potongan lubang hitam adalah lubang mikro-hitam hipotetis yang dapat dibentuk selama penggabungan dua lubang hitam astrofisika,” Giacomo Cacciapagliaseorang peneliti senior di Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis (CNRS) dan rekan penulis penelitian, mengatakan dalam sebuah email. “Tidak seperti lubang hitam induk yang lebih besar, potongan -potongan ini jauh lebih kecil – sebanding dalam massa dengan asteroid – dan dengan demikian jauh lebih panas karena hubungan terbalik antara massa lubang hitam dan suhu elang.”
Karena suhu yang tinggi ini, potongan-potongan ini akan menguap relatif cepat, melepaskan semburan partikel berenergi tinggi seperti Gamma-Rays Dan Neutrino. Analisis tim menunjukkan bahwa radiasi ini dapat membentuk sinyal berbeda yang mungkin sudah berada dalam jangkauan detektor masa kini.
Pegangan baru pada gravitasi kuantum
Meskipun belum ada potongan seperti itu yang telah diamati, para peneliti berpendapat bahwa pembentukan lubang hitam kecil ini secara teoritis masuk akal. “Idenya terinspirasi oleh proses analog dalam merger bintang neutron,” Stefan HoheneggerPeneliti Senior di Institut de Physique des Deux Infinis de Lyon dan rekan penulis penelitian, dijelaskan dalam email. “Ini didukung oleh perkiraan dari kerangka kerja relativitas luar negeri, termasuk teori string dan model ekstra dimensi. “
Dalam lingkungan yang ekstrem seperti itu, ketidakstabilan skala kecil mungkin menjepit lubang hitam kecil selama proses merger. Objek -objek ini, pada gilirannya, dapat menguap melalui radiasi menjajakan selama rentang waktu mulai dari milidetik hingga bertahun -tahun, tergantung pada massa mereka.
Yang terpenting, jika radiasi seperti itu terdeteksi, itu bisa membuka jendela menjadi fisika baru. “Radiasi Hawking mengkodekan informasi tentang struktur kuantum ruangwaktu yang mendasarinya,” kata Sannino. “Sifat spektralnya dapat mengungkapkan penyimpangan dari Model standar Pada skala energi ekstrem, berpotensi mengarah pada penemuan partikel yang tidak diketahui atau fenomena seperti dimensi ekstra yang diprediksi oleh berbagai teori. “
Skala energi seperti itu jauh di luar jangkauan bahkan colliders partikel yang paling kuat, seperti Collider Hadron Besar di CERN. Kemungkinan bahwa potongan lubang hitam mungkin memberikan “akselerator” alami untuk menyelidiki fisika inilah yang membuat mereka begitu menarik.
Menurut tim, tanda tangan morsel lubang hitam akan menjadi semburan yang tertunda dari sinar gamma berenergi tinggi yang memancar ke segala arah-tidak seperti semburan sinar gamma yang khas, yang biasanya berseri-seri.
Instrumen yang mampu mendeteksi sinyal berenergi tinggi seperti itu termasuk teleskop Cherenkov atmosfer, seperti sistem stereoskopik energi tinggi (HESS), di Namibia; Observatorium Water Cherenkov (HAWC), di Meksiko; dan Observatory Air Shower Altitude Tinggi (Lhaaso) di Cinaserta detektor berbasis satelit, seperti teleskop ruang angkasa Fermi Gamma. “Beberapa instrumen ini sudah memiliki sensitivitas yang diperlukan,” kata Hohenegger.
Para peneliti tidak berhenti berteori. Mereka menggunakan data yang ada dari Hess dan HAWC untuk menempatkan batas atas pada berapa banyak massa yang dapat dipancarkan dalam bentuk potongan selama penggabungan lubang hitam yang diketahui. Batas -batas ini mewakili kendala pengamatan pertama pada fenomena semacam itu.
“Kami menunjukkan bahwa jika lubang Black Hole terbentuk selama merger, mereka akan menghasilkan ledakan sinar gamma berenergi tinggi, dengan waktu ledakan yang terkait dengan massa mereka,” kata Cacciapaglia. “Analisis kami menunjukkan bahwa tanda tangan multimessenger baru ini dapat menawarkan akses eksperimental ke fenomena gravitasi kuantum.”
Apa yang terjadi selanjutnya
Sementara penelitian ini memberikan kasus yang menarik untuk potongan, masih banyak ketidakpastian. Kondisi yang tepat untuk pembentukannya masih kurang dipahami, dan tidak ada simulasi penuh yang dilakukan pada skala yang diperlukan untuk memodelkannya. Tetapi para peneliti optimis.
“Pekerjaan di masa depan akan melibatkan penyempurnaan model teoritis untuk pembentukan potongan dan memperluas analisis untuk memasukkan distribusi massa dan putaran yang lebih realistis,” kata Sannino. Tim ini juga berharap untuk berkolaborasi dengan para astronom observasional untuk melakukan pencarian khusus dalam dataset yang diarsipkan dan yang akan datang.
“Kami berharap garis penelitian ini akan membuka jendela baru untuk memahami sifat kuantum gravitasi dan struktur ruangwaktu,” kata Hohenegger.
Jika ada lubang lubang hitam, mereka mungkin tidak hanya menerangi langit dengan radiasi eksotis tetapi juga dapat menjelaskan beberapa pertanyaan terdalam yang belum terpecahkan dalam fisika.
