Undele gravitaţionale ne-ar putea ajuta să înţelegem mai bine găurile negre, în mod specific dacă acestea au un orizont al evenimentelor de nepătruns sau, datorită efectelor cuantice, situaţia ar fi mult mai complicată, aşa cum credea Hawking atunci când a descoperit, cel puţin din punct de vedere teoretic, radiaţia care-i poartă numele.

Găurile negre sunt obiecte misterioase, din care nici lumina nu poate ieşi. În Univers există un număr încă necunoscut de găuri negre – tocmai datorată faptului că acestea nu emit semnale pe care să le putem măsura, rămânând invizibile. Totuşi, recent s-a putut măsura un semnal indirect al găurilor negre generat de unirea acestora atunci când un sistem binar, compus din două găuri negre care se rotesc în jurul centrului de masă comun, pierde energie – tocmai prin undele gravitaţionale – şi găurile negre se unesc într-o unică gaură neagră mai mare. Acest proces are loc cu emisie de unde gravitaţionale, adică oscilaţii ale structurii spaţio-temporale ale Universului, care au fost prezise de teoria relativităţii generale a lui Einstein şi măsurate recent de antenele gravitaţionale LIGO (în SUA) şi VIRGO (în Italia).

Unde gravitaţionale sunt emise şi în urma contopirii stelelor de neutroni, şi acest proces la rândul lui a fost măsurat de LIGO şi VIRGO; se crede că în urma unirii stelelor de neutroni ia naştere o gaură neagră. Ei bine, doi cercetători, Jahed Abedi şi Niayesh Afshordi, au efectuat un studiu asupra undelor gravitaţionale care ar putea să ne ajute să înţelegem cum arată orizontul evenimentelor şi dacă efectele cuantice sunt relevante. Rezultatele studiului au fost publicate recent în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Cei doi cercetători au studiat ecoul undelor gravitaţionale, cu obiectivul de a descoperi semnale în acest ecou legate de fenomenele cuantice prevăzute de Stephen Hawking.

Practic, au studiat modul în care se comportă undele gravitaţionale generate de unirea a două stele de neutroni care ar trebui să dea naştere unei găuri negre. Undele gravitaţionale care iau naştere în acest proces pot fi afectate de structura găurilor negre. Dacă ar exista procese cuantice precum cele prevăzute de Hawking la nivelul orizontului evenimentelor, un fel de graniţă între exteriorul şi interiorul găurilor negre, acestea şi-ar pune amprenta asupra ecoului undelor gravitaţionale care ar fi reflectate la nivelul orizontului evenimentelor.

Reamintim că procesele cuantice care ar avea loc la nivelul orizontului evenimentelor ar da naştere aşa-numitei radiaţii a lui Hawking: o radiaţie care extrage energie din gaura neagră şi în timp, mai mult sau mai puţin îndelungat, depinzând de masa găurii negre, ar duce la evaporarea acesteia. O gaură neagră  foarte mică, precum o gaură neagră primordială – care ar fi luat naştere imediat după Big Bang – ar putea să se fi evaporat deja, în timp ce găurile negre foarte mari au timpi de evaporare de multe miliarde de ani (în plus consumând materie şi energie în loc să se evapore cresc în continuare).

Fenomenul cuantic prevăzut de Hawking a fost verificat în laborator, însă pe modele mecanice, de exemplu apă cu unde sonore; nimeni până în prezent nu a reuşit să măsoare în mod direct radiaţia lui Hawking.

Cei doi cercetători, Afshordi şi Abedi, au prezentat în articolul lor primele rezultate din analiza datelor obţinute studiind ecoul undelor gravitaţionale: s-ar părea că într-adevăr la nivelul orizontului evenimentelor ar putea exista fenomene cuantice care să confirme ideea lui Hawking.

Există însă posibilitatea ca rezultatele analizate să fie afectate de către erori de măsurare, motiv pentru care este necesară măsurarea mai multor procese de acest gen, adică a unirii unor stele de neutroni în găuri negre cu producerea de unde gravitaţionale, care să aibă un ecou bine măsurat. În următorii ani LIGO şi VIRGO vor măsura multe astfel de procese şi vor studia cu atenţie ecoul undelor gravitaţionale pentru a descoperi eventuale indicaţii ale fenomenelor cuantice care ar avea loc la graniţa găurilor negre: acolo unde lumea se divide între un Univers ce există în afară găurilor negre şi cel din interiorul acestora care, la ora actuală, nimeni nu ştie cum arată.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe.]