Co by było, gdyby czarne dziury nie były jedynymi obiektami powoli przestającymi istnieć? Naukowcy wykazali, że wszystkie gęste ciała kosmiczne — od gwiazd neutronowych po białe karły — mogą ostatecznie wyparować w rezultacie zjawiska podobnego do promieniowania Hawkinga.
Co jeszcze bardziej szokujące, koniec wszechświata może nastąpić znacznie wcześniej, niż oczekiwano, „zaledwie” za 1078 lat, a nie za niemożliwie długie 101100 lat, jak wcześniej sądzono. Dzięki ambitnemu połączeniu metod badawczych astrofizyki, teorii kwantowej i matematyki naukowcy obliczają również ostateczny los Księżyca — a nawet człowieka.
Czarne dziury nie są same
Ekspert od czarnych dziur Heino Falcke, fizyk kwantowy Michael Wondrak i matematyk Walter van Suijlekom we wcześniejszym badaniu zaproponowali, że nie tylko czarne dziury, ale także inne gęste obiekty kosmiczne, takie jak gwiazdy neutronowe, mogą powoli „odparowywać” w procesie podobnym do promieniowania Hawkinga. Badacze pokazali, że samo zakrzywienie czasoprzestrzeni bez potrzeby horyzontu zdarzeń prowadzi do parowania czarnych dziur.
Ich praca przykuła uwagę całego świata naukowego — i nie tylko. Wciąż pojawiało się jednak pytanie, jak długo tak naprawdę trwa to powolne zanikanie kosmiczne?
W swojej najnowszej pracy naukowcy zbadali szybkość parowania i czas rozpadu nierotującej gwiazdy o stałej gęstości z powodu produkcji par wywołanej zakrzywieniem czasoprzestrzeni i zastosowali to do zwartych pozostałości gwiazdowych, takich jak gwiazdy neutronowe i białe karły.
Etapy ewolucji gwiazd o różnej masie. Autor: Pablo Carlos Budassi. Źródło: Wikimedia Commons
Ostateczny koniec wszechświata
Zespół odkrył, że jeśli brać pod uwagę wyłącznie to promieniowanie podobne do promieniowania Hawkinga, ostateczny „koniec” wszechświata może nastąpić za około 1078 lat — jedynka z 78 zerami. Tyle czasu zajęłoby białym karłom, najbardziej upartym gwiazdom w kosmosie, całkowite rozpadnięcie się. Dla porównania, wcześniejsze szacunki (które ignorowały proces odparowywania) rozciągały się do niewyobrażalnych 101100 lat.
W 1975 r. Stephen Hawking zaproponował, że czarne dziury nie są całkowicie czarne — mogą emitować słabe promieniowanie z powodu efektów kwantowych w pobliżu ich horyzontów zdarzeń. Małe pary cząstek mogą na krótko pojawić się w pobliżu krawędzi czarnej dziury. Jedna wpada, druga ucieka. Ta uciekająca cząstka powoli pozbawia czarną dziurę masy.
Ten proces, znany jako promieniowanie Hawkinga, oznacza, że nawet czarne dziury mogą się kurczyć i ostatecznie zniknąć. Był to rewolucyjny pomysł — i podważył pogląd Einsteina, że czarne dziury mogą tylko rosnąć. Teraz, dzięki zaktualizowanym obliczeniom i szerszemu zakresowi, badania te sugerują, że wszystko może ostatecznie zaniknąć, cząstka po cząstce.
Gęstość ponad grawitacją
Naukowcy obliczyli, że promieniowanie Hawkinga teoretycznie dotyczy również innych obiektów z polem grawitacyjnym. Obliczenia wykazały ponadto, że „czas parowania” obiektu zależy wyłącznie od jego gęstości.
Ku zaskoczeniu badaczy, gwiazdy neutronowe i czarne dziury gwiezdne potrzebują tyle samo czasu na rozpad: 1067 lat. Było to nieoczekiwane, ponieważ czarne dziury mają silniejsze pole grawitacyjne, co powinno powodować, że „odparowują” szybciej. Rzecz w tym, że czarne dziury nie mają powierzchni. Pochłaniają część własnego promieniowania i to hamuje ten proces.
Ostateczny los Księżyca i człowieka
Badacze obliczyli również, ile czasu zajmuje Księżycowi i człowiekowi odparowanie za pomocą promieniowania podobnego do Hawkinga. To 1090 lat (1 z 90 zerami). Oczywiście, naukowcy zauważają, że istnieją inne procesy, które mogą spowodować, że ludzie i Księżyc znikną szybciej, niż obliczono.
Współautor Walter van Suijlekom, profesor matematyki na Uniwersytecie Radboud, uważa, że badania te są ekscytującą współpracą różnych dyscyplin i że łączenie astrofizyki, fizyki kwantowej i matematyki prowadzi do nowych spostrzeżeń.
Więcej informacji: publikacja “An upper limit to the lifetime of stellar remnants from gravitational pair production” Heino Falcke i in., (2025) Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
DOI: 10.1088/1475-7516/2025/05/023
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna gwiazdy neutronowej, która powoli „wyparowuje” za pomocą promieniowania podobnego do promieniowania Hawkinga. Źródło: Daniëlle Futselaar/artsource.nl
