Όλοι γνωρίζουμε την έκρηξη supernova (υπερκαινοφανής), στη διάρκεια της οποίας ένα μεγάλο αστέρι που τελείωσε τα «καύσιμα» του φτάνει στο εκρηκτικό του τέλος. Υπάρχει όμως κι ένα λιγότερο γνωστό φαινόμενο, με παρόμοιο όνομα: η έκρηξη “kilonova”.

.

Μια kilonova είναι η κοσμική έκρηξη που συμβαίνει όταν συγκρούονται δύο αστέρες νετρονίων. Οι αστέρες νετρονίων είναι τα εξαιρετικά πυκνά υπολείμματα αστέρων που έχουν προηγουμένως γίνει υπερκαινοφανείς. Πόσο πυκνοί είναι οι αστέρες νετρονίων; Φανταστείτε τη μάζα του Ήλιου σε ένα χώρο όχι μεγαλύτερο…από μια πόλη!

.

Όταν δύο αστέρες νετρονίων πλησιάζουν σπειροειδώς ο ένας τον άλλο και τελικά συγκρούονται, δεν δημιουργούν απλώς μια έκρηξη. Χρησιμεύουν επίσης ως «κοσμικά μεταλλουργεία» για τη δημιουργία βαρύτερων στοιχείων όπως ο χρυσός και η πλατίνα, τα οποία δεν μπορούν να δημιουργηθούν στο εσωτερικό των άστρων με τη διαδικασία της σύντηξης. Οι ακραίες συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης επιτρέπουν την ταχεία σύλληψη νετρονίων, μια διαδικασία που συμβάλλει στο σχηματισμό των βαρέων στοιχείων. Στην πράξη, το μεγαλύτερο μέρος του χρυσού ή της πλατίνας που υπάρχουν στα κοσμήματα, πιθανότατα είχε την προέλευσή του σε τέτοιες κοσμικές συγκρούσεις.

.

Αλλά υπάρχει και ένα άλλο επίπεδο στο γιατί τα kilonova είναι τόσο συναρπαστικά: παράγουν βαρυτικά κύματα, δηλαδή κυματισμούς στο χώρο και στο χρόνο. Όργανα όπως το LIGO και το Virgo μας επέτρεψαν να ανιχνεύσουμε αυτά τα κύματα, προσφέροντας έναν νέο τρόπο παρατήρησης και κατανόησης του σύμπαντος.

.

Το διάσημο γεγονός GW170817 (σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων), που παρατηρήθηκε το 2017, αποτέλεσε ορόσημο στον τομέα αυτό. Ήταν η πρώτη περίπτωση όπου η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων επιβεβαιώθηκε από ηλεκτρομαγνητικά σήματα, συμπεριλαμβανομένων των ακτινών γάμμα και του ορατού φωτός. Το γεγονός αυτό επιβεβαίωσε πολλές θεωρίες για τα kilonova και άνοιξε νέους δρόμους για την αστρονομία «πολλαπλών μηνυμάτων», έναν τομέα που χρησιμοποιεί διάφορες μορφές παρατήρησης, για να παρέχει μια πληρέστερη εικόνα των κοσμικών γεγονότων.

.

Εικόνα: University of Warwick/Mark Garlick

Η ακτινοβολία Hawking προβλέφθηκε από τον ομώνυμο Φυσικό το 1974. Πρόκειται για μια μορφή ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τις μαύρες τρύπες, λόγω κβαντικών φαινομένων κοντά στον ορίζοντα γεγονότων. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί σημαντική πτυχή της μελέτης των μαύρων τρυπών και της Κβαντομηχανικής, καθώς υποδηλώνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι εντελώς «μαύρες», αλλά εκπέμπουν μικρές ποσότητες ακτινοβολίας.

.

Η έννοια της ακτινοβολίας Hawking προκύπτει από τις αρχές της Κβαντομηχανικής. Σύμφωνα με την αυτή, στον κενό χώρο δημιουργούνται και εξαϋλώνονται συνεχώς ζεύγη εικονικών σωματιδίων. Κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, είναι δυνατόν ένα από αυτά τα σωματίδια να πέσει μέσα στη μαύρη τρύπα, ενώ το άλλο να διαφύγει, με αποτέλεσμα την εκπομπή ακτινοβολίας. Με δεδομένο ότι η ενέργεια που απελευθερώνεται στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί από μόνη της, ούτε να καταστραφεί, οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η ίδια η μαύρη τρύπα παρέχει τη μάζα/ενέργεια για την εκπομπή της ακτινοβολίας.

.

Αυτό έχει μια πολύ σημαντική επίπτωση: η ακτινοβολία Hawking κάνει τις μαύρες τρύπες να χάνουν αργά τη μάζα τους και τελικά να εξατμίζονται εντελώς. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως εξάτμιση των μαύρων τρυπών. Η ακτινοβολία που εκπέμπει μια μαύρη τρύπα είναι ανάλογη της θερμοκρασίας της, η οποία με τη σειρά της είναι αντιστρόφως ανάλογη της μάζας της. Αυτό σημαίνει ότι καθώς μια μαύρη τρύπα χάνει μάζα, η θερμοκρασία της αυξάνεται και εκπέμπει ακόμα περισσότερη ακτινοβολία, με αποτέλεσμα τελικά να εξατμίζεται εντελώς.

.

Η μελέτη της ακτινοβολίας Hawking έχει επίσης επιπτώσεις στο «παράδοξο της πληροφορίας», το οποίο είναι ένα πρόβλημα της θεωρητικής Φυσικής που προκύπτει από την προφανή απώλεια πληροφορίας όταν μια μαύρη τρύπα εξατμίζεται. Το παράδοξο της πληροφορίας είναι ένα σημαντικό άλυτο πρόβλημα της Φυσικής, και η κατανόηση της ακτινοβολίας Hawking είναι ένα σημαντικό βήμα προς την επίλυσή του.

.

Ακούγεται παράλογο ότι μια μαύρη τρύπα, που λόγω τεράστιας βαρύτητας απορροφά ακόμα και το φως, τελικά…εκπέμπει ακτινοβολία! Ας ευχαριστήσουμε τον κ. Hawking για τη συνεισφορά…