Günümüzün teleskoplarını kullanarak kara deliklerden gelen ‘Hawking radyasyonunu’ tespit etmek

1974’te Stephen Hawking, kara deliklerin onları absorbe etmenin yanı sıra parçacık yayması da gerektiğini ünlü bir şekilde iddia etti. Bu sözde “Hawking radyasyonu” henüz gözlemlenmedi, ancak şimdi Avrupa’dan bir araştırma grubu, Hawking radyasyonunun, çok yüksek enerjili ışık parçacıklarını tespit edebilen mevcut teleskoplar tarafından gözlemlenebilir olması gerektiğini buldu.

İki büyük kara delik çarpışıp birleştiğinde veya bir nötron yıldızı ve kara delik bunu yaptığında, uzay-zamanın dokusunda dışarıya doğru ilerleyen yerçekimsel dalgalar, dalgalanmalar yayarlar. Bu dalgaların bir kısmı milyonlarca veya milyarlarca yıl sonra Dünya’yı yıkar. Bu dalgalar 1916’da Einstein tarafından tahmin edilmişti ve ilk kez doğrudan gözlemlendi 2016 yılında LIGO dedektörleri tarafından. Kara delik birleşmelerinden kaynaklanan düzinelerce yerçekimi dalgası beri tespit edildi.

Bu birleşmeler ayrıca, genel olarak sözde “doğrusal olmayan” yüksek hız etkileri nedeniyle birleşme çevresinde ortaya çıkan son derece güçlü yerçekimi alanında oluşturulan, asteroit düzeyinde kütlelere sahip daha küçük kara delikler olan bir dizi “kara delik lokması” yayar. görelilik. Bu doğrusal olmama durumları, çarpık uzay-zaman ve kütlelerin birbirlerine geri bildirimde bulunması ve her ikisinin de yeni uzay-zaman ve kütlelere yanıt vermesi ve yaratması nedeniyle, Einstein’ın denklemlerinin doğası gereği karmaşık çözümlerinden kaynaklanmaktadır.

Bu karmaşıklık aynı zamanda gama ışını patlamaları son derece enerjik fotonlardan oluşur. Bu patlamalar, buharlaşma sürelerinin birleşiminden itibaren bir zaman gecikmesi ile benzer özelliklere sahiptir. 20 kilotonluk bir lokma kütlesinin buharlaşma ömrü 16 yıldır, ancak buharlaşma süresi lokmanın kütlesinin küpüyle orantılı olduğundan bu sayı büyük ölçüde değişebilir.

Daha ağır lokmalar başlangıçta Hawking sıcaklığıyla orantılı olarak azaltılmış parçacık enerjileriyle karakterize edilen sabit bir gama ışını patlaması sinyali sağlayacaktır. Hawking sıcaklığı kara deliğin kütlesiyle ters orantılıdır.

Araştırma ekibi, açık kaynaklı bir kamu kodunu kullanarak sayısal hesaplamalar yoluyla şunu gösterdi: Kara Şahin kara deliklerin herhangi bir dağılımı için Hawking buharlaşma spektrumunu hesaplayan, kara delik parçacıklarından gelen Hawking radyasyonunun ayırt edici bir parmak izine sahip gama ışını patlamaları yarattığını hesaplayan sistem. İş yayınlanan üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

Çoklu sinyallere (yerçekimi dalgaları, elektromanyetik radyasyon) sahip bu tür olayların tespit edilmesi, nötrino emisyonları— astrofizik camiasında çoklu haberci astronomisi olarak anılır ve ABD’deki LIGO yerçekimsel dalga dedektörlerindeki, İtalya’daki VIRGO’daki ve Japonya’daki KAGRA yerçekimsel dalga teleskopundaki gözlem programlarının bir parçasıdır.

Kara delik buharlaşmasından gelen görünür sinyaller her zaman TeV aralığının (bir trilyon elektron volt, yaklaşık 0,2 mikrojoule) üzerindeki fotonları içerir; örneğin, gezegendeki en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Avrupa’daki CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, protonları toplam 13,6 TeV enerji). Grup, bunun, yüksek enerjili atmosferik Cherenkov teleskoplarının bu Hawking radyasyonunu tespit etmesi için “altın bir fırsat” sağladığını yazıyor.

Bu Çerenkov teleskopları, 50 GeV (milyar elektron volt) ila 50 TeV enerji aralığındaki çok enerjik fotonları (gama ışınları) tespit edebilen, yer tabanlı anten çanaklarıdır. Bu antenler, gama ışınlarının Dünya’nın atmosferi boyunca basamaklı olarak geçişi sırasında üretilen ve normalden daha hızlı seyahat eden Çerenkov radyasyon flaşlarını tespit ederek bunu başarıyor. dalga hızı havadaki ışıktan.

Işığın havada, boşlukta olduğundan biraz daha yavaş ilerlediğini hatırlayın, çünkü havanın kırılma indisi birden biraz daha büyüktür. Atmosferden aşağı doğru inen Hawking gama ışını radyasyonu bu daha yavaş değeri aşarak Cerenkov radyasyonunu (frenleme radyasyonu da denir – Almanca Bremsstrahlung) yaratır. Bir nükleer reaktördeki reaksiyon çubuklarını çevreleyen su birikintilerinde görülen mavi ışık Cerenkov radyasyonunun bir örneğidir.

Şu anda Cerenkov radyasyonunun bu kademelerini tespit edebilen dört teleskop var: Namibya’daki Yüksek Enerjili Stereoskopik Sistem (HESS), Kanarya Adaları’ndan birindeki Büyük Atmosfer Gama Görüntüleme Cherenkov Teleskopları (MAGIC), İlk G-APD Cherenkov Teleskobu ( FACT), ayrıca Kanarya takımadalarındaki La Palma Adası’nda ve Arizona’daki Çok Enerjik Radyasyon Görüntüleme Teleskop Dizisi Sistemi’nde (VERITAS). Her biri farklı teknoloji kullanmasına rağmen hepsi GeV-TeV enerji aralığındaki Cerenkov fotonlarını tespit edebiliyor.

Bu tür Hawking radyasyonunun tespit edilmesi aynı zamanda kara delik parçacıklarının üretimine ve ayrıca Dünya’da elde edilebilecek enerjilerden daha yüksek enerjilerdeki parçacık üretimine de ışık tutacaktır ve süpersimetri, ekstra boyutlar veya yeni fizik belirtileri taşıyabilir. Güçlü kuvvete dayalı kompozit parçacıkların varlığı.

Fransa’nın Lyon kentindeki Lyon Claude Bernard 1 Üniversitesi’nden baş yazar Giacomo Cacciapaglia, “Kara delik parçacıklarının, Dünya’daki mevcut yüksek enerjili Cherenkov teleskoplarının tespit yeteneklerinin üzerinde ışın yayabildiğini bulmak sürpriz oldu” dedi. Hawking radyasyonunun kara delik parçacıklarından doğrudan tespit edilmesinin, kara deliklerin kuantum davranışının ilk kanıtı olacağını belirterek, “Önerilen sinyal gözlemlenirse, kara deliklerin doğasına ilişkin mevcut bilgiyi sorgulamak zorunda kalacağız” dedi ve lokma üretimi.

Cacciapaglia, deney gruplarındaki meslektaşlarıyla iletişime geçmeyi, ardından toplanan verileri, önerdikleri Hawking radyasyonunu araştırmak için kullanmayı planladıklarını söyledi.

© 2024 Science X Ağı