Hawkingstraling
In 1975 publiceerde de Britse fysicus Stephen Hawking berekeningen, waaruit bleek dat een zwart gat ten gevolge van quantumeffecten straling uit moet zenden. Tot dan toe dacht men dat de enorme zwaartekracht van een zwart gat dit onmogelijk maakt. Een zwart gat bleek niet helemaal zwart. De straling staat bekend als Hawkingstraling en vormt de eerste ontdekking op het gebied van de quantum zwaartekracht. Wel blijven er theoretische problemen aan kleven.
Inhoud |
[bewerk] Temperatuur en zwarte straling
Hawking toonde aan, dat zwarte gaten door quantumeffecten zwarte straling kunnen uitzenden. Zwarte straling is de karakteristieke warmtestraling die een ideaal voorwerp, een zogenaamd zwart lichaam, uitzendt bij een bepaalde temperatuur. Volgens Hawkings berekening stemt de straling uit een zwart gat overeen met die van een gewone zwarte straler. Als de massa van een zwart gat bekend is, volgt de bijbehorende karakteristieke temperatuur meteen: deze is omgekeerd evenredig met de massa. Ook de uitgezonden energie volgt deze evenredigheid. Omdat energieverlies gelijkstaat aan massaverlies via de formule van Einstein E = mc2 wordt het gat lichter. Daardoor loopt de temperatuur op en verdampt het zwarte gat steeds sneller. Toch is de Hawkingstraling uit een zwart gat van ster- of sterrenstelselgrootte verwaarloosbaar klein. Zelfs gedurende de gehele leeftijd van het heelal kan slechts een zeer kleine hoeveelheid energie op deze manier uit zo'n gat weglekken. Anderzijds zou een klein zwart gat theoretisch als energiebron kunnen dienen.
[bewerk] Voorbeelden
Een zwart gat van een zonsmassa (dus met massa 2,0 x 1030 kg en straal 3,0 kilometer) heeft een heel kleine bijbehorende temperatuur van 60 nanoKelvin (60 nK). Daardoor zou het alleen al aan kosmische achtergrondstraling van 2,7 K veel meer energie absorberen dan het uitzendt. Afgezien van deze absorptie zou het 2 × 1076 jaar duren tot volledige verdamping. Maar een zwart gat met een massa van 4,5 × 10²² kg (60% van de massa van de Maan, en met straal 0,07 mm) straalt als een zwart lichaam met een temperatuur van 2,7 K. Zo wordt net evenveel energie geabsorbeerd als uitgezonden. Nog kleinere, dus lichtere zwarte gaten zenden meer straling uit dan ze ontvangen en verdampen daardoor meer en meer. Bijvoorbeeld een zwart gat van 1011 kg met bijbehorende temperatuur van 1,2 x 1012 K dat bij de oerknal is ontstaan, is allang verdampt: al na 2,7 x 109 jaar.
[bewerk] Verklaring
Hawkingstraling wordt in het algemeen verklaard met virtuele deeltjes. Door quantum vacuum fluctuaties ontstaan paren van virtuele deeltjes (deeltjes met hun antideeltjes) nabij de waarnemingshorizon van het zwarte gat. Het kan zijn dat een van beide deeltjes in het gat valt, en daarbij voldoende energie opdoet om het paar reëel (niet-virtueel) te maken. Als dan het andere deeltje aan de zwaartekracht van het zwarte gat weet te ontsnappen, lijkt het van buiten af gezien, alsof het deeltje door het zwarte gat is uitgezonden. Dat deeltje neemt dan een deel van de energie van het deeltjespaar met zich mee.
