Hokingova radijacija

Hokingova radijacija je pojam u astronomiji vezan za crne rupe. Predstavlja zračenje za koje se smatra da dolazi iz crne rupe usled kvantnih efekata na horizontu događaja. Radijacija je dobila ime po naučniku Stivenu Hokingu koji je teoretski dokazao njeno postojanje 1973. godine.

Simulacija crne rupe

Prema principu neodređenosti rotirajuće crne rupe bi trebalo da emituju određeno zračenje. Hokingova radijacija smanjuje masu crne rupe što bi značilo da ona posle nekog vremena nestane, odnosno ispari. Smatra se da mikro crne rupe emituju više zračenja te da njihova masa brže nestaje. Naučnici tvrde da su 2010. godine u laboratorijama primili signal koji je tesno povezan sa Hokingovom radijacijom, mada to još nije potvrđeno.

Pokrenuto je više misija da bi se dokazalo postojanje Hokingove radijacije, kao na primer Svemirski teleskop Fermi, lansiran u junu 2008. godine. Fermi traži gama bljeskove iz primordijalnih crnih rupa koje isparavaju. U velikom hadronskom sudaraču u CERNu, naučnici pokušavaju da stvore mikro crne rupe kako bi mogli da posmatraju njihovo isparavanje.

Uopšteno

Crne rupe imaju snažno gravitaciono polje. Njihovom gravitacionom polju ni svetlost ne može pobeći, odatle i naziv crne rupe. Hoking je pokazao da kvantni efekti dozvoljavaju crnoj rupi da emituje zračenje koje je isto kao termalna radijacija idealizovanog izvora toplote kao što je apsolutno crno telo. Temperatura elektromagnetne radijacije je, kao kod crnog tela, obrnuto proporcijalna masi crne rupe. Ova radijacija ne dolazi direktno iz crne rupe već je rezultat virtualnih čestica koje zahvaljujući gravitaciji crne rupe postaju realne. Te čestice koje nastanu su par čestice-antičestice i kad jedna pobegne gravitaciji crne rupe ona oduzima deo njene energije, a takođe i mase.

Taj proces se može predstaviti i na sledeći način: zbog vakuumske fluktuacije par čestica—antičestica se pojavljuje na horizontu događaja. Jedna od čestica iz para bude progutana od strane crne rupe dok druga pobegne. Da bi se očuvala energija, ona čestica koju je crna rupa progutala mora imati negativnu energiju. Tako crna rupa gubi masu, i posmatraču (koji se nalazi daleko od crne rupe) se čini da je ona emitovala česticu.

Isparavanje crne rupe

Kada čestica pobegne crnoj rupi, ona gubi mali deo svoje energije i mase (masa i energija su povezane Ajnštajnovom jednačinom E = mc²) Hokingova radijacija se može lako izračunati posmatrajući najjednostavniju crnu rupu, Švarcšildovu crnu rupu (ne rotira i nema naelektrisanje) mase $M$. Kombinujući formulu za Švarcšildov poluprečnik i Štefan-Bolcmanov zakon

Štefan-Bolcmanov zakon:

$\sigma ={\frac {\pi ^{2}k_{B}^{4}}{60\hbar ^{3}c^{2}}}\;$

Gde je sigma Štefan-Bolcmanova konstanta

Švarcšildov poluprečnik:

$r_{s}={\frac {2GM}{c^{2}}}\;$

gde je G sila gravitacije, M masa crne rupe a c brzina svetlosti

Gravitacija na površini crne rupe:

$g={\frac {GM}{r_{s}^{2}}}={\frac {c^{4}}{4GM}}\;$

Hokingova radijacija ima spektar crnog tela temperature Т dat kao:

$E=k_{B}T={\frac {\hbar g}{2\pi c}}={\frac {\hbar }{2\pi c}}\left({\frac {c^{4}}{4GM}}\right)={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi GM}}\;$

Temperatura Hokingove radijacije:

$T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi GMk_{B}}}\;$

Crna rupa je savršeno crno telo:

$\epsilon =1\;$

Eksperimentalna posmatranja Hokingovog zračenja

U septembru 2010. godine u laboratoriji gde se istražuju „horizonti događaja bele rupe“ zabeleženo je zračenje Hokingove radijacije. Ovo i dalje nije potvrđeno. Neki naučnici misle da se Hokingova radijacija može proučavati analogno ako se uzmu u obzir sonične crne rupe, gde je zvuk analogan elektromagnetnom zračenju a tok idealizovanog fluida analogan gravitaciji.

Reference

• Hokingova radijacija-univerzitet u Koloradu
• Hokingova radijacija na xstructure.inr.ac.ru

Spoljašnje veze

• Hokingova radijacija posmatrana u laboratoriji?