#
Aktionsytan för svarta hål minskar inte med tiden. En ny analys av gravitationsvågor bekräftar upptäckten från 2015.
Aktionsytan i ett svart hål, där materia och strålning sugs in, kan inte minska med tiden. Detta är Stephen Hawkings teori, som en ny MIT-studie just har bekräftat. Analysen utfördes genom att studera gravitationsvågor som för 1,3 miljarder år sedan producerades av två jättelika svarta hål som snurrade runt varandra, och publicerades i Physical Review D. Studien bygger på resultaten av en studie från MIT. Det skulle dock förbli en paradox jämfört med en annan teori som förutspår att ett svart hål på lång sikt kommer att krympa till den punkt där det förångas.
Stephen Hawkings teori om svarta hål
1971 hade Hawking teoretiserat teorin om att ett svart håls yta inte minskar med tiden utifrån Einsteins allmänna relativitetsteori. För fysiker skulle denna regel vara nära besläktad med termodynamikens andra lag, som säger att tiden flyter i en viss riktning, dvs. att entropin, eller oordningen, i ett slutet system alltid måste öka. Eftersom ett svart håls entropi är proportionell mot dess area måste båda ständigt öka.
Den nya studien bekräftar Hawkings teori
Enligt den nya undersökningen tycks forskarnas bekräftelse av areallagen innebära att egenskaperna hos svarta hål är viktiga ledtrådar till de dolda lagar som styr universum. Märkligt nog tycks lagen om area motsäga en annan av de teorem som den berömde fysikern bevisade: att svarta hål borde avdunsta på en extremt lång tidsskala. Nästa steg skulle därför vara att förstå källan till motsättningen mellan de två teorierna, ett resultat som skulle kunna avslöja ny fysik.
Området för ett svart hål definieras av en sfärisk gräns som kallas händelsehorisonten: bortom denna punkt kan ingenting, inte ens ljus, undkomma dess starka gravitation. Enligt Hawkings tolkning av den allmänna relativitetsteorin kan ett svart håls yta inte minska eftersom ytan ökar med dess massa och eftersom inget föremål som skjuts in i det kan fly, kan ytan inte minska. Men ett svart håls yta krymper när det roterar, så forskarna undrade om det skulle vara möjligt att skicka in ett föremål i det tillräckligt starkt för att få det svarta hålet att rotera så att dess yta krymper.
För att testa denna teori analyserade forskarna gravitationsvågor, eller krusningar i rymdtiden, som skapades för 1,3 miljarder år sedan av två stora svarta hål när de snurrade mot varandra i hög hastighet. Det var de första vågorna som upptäcktes 2015 av det avancerade Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), en laserstråle som är uppdelad i två banor som är fyra kilometer långa och som kan upptäcka de minsta förvrängningar i rumtiden. Genom att dela upp signalen i två halvor, före och efter det att de svarta hålen slogs samman, beräknade forskarna massan och spinnet hos både det ursprungliga och det sammanslagna svarta hålet. Dessa siffror gjorde det i sin tur möjligt för dem att beräkna ytan av varje svart hål före och efter kollisionen.
Ytan av det nybildade svarta hålet var större än ytan av de två första hålen, vilket bekräftade Hawkings ytlag med 95 procent. Enligt forskarna stämmer resultaten i stort sett överens med vad de förväntade sig att finna. Det verkliga mysteriet är fortfarande att försöka integrera den allmänna relativitetsteorin med kvantmekaniken. Detta beror på att svarta hål inte kan krympa enligt den allmänna relativitetsteorin, men de kan krympa enligt kvantmekaniken. Bakom den ytliga lagen hade den brittiske fysikern också utvecklat ett koncept som kallas Hawkingstrålning, där en dimma av partiklar avges vid svarta håls kanter på grund av märkliga kvanteffekter. Detta fenomen gör att svarta hål krymper och slutligen, under en tidsperiod som är många gånger längre än universums ålder, förångas. Denna avdunstning kan ske under en tillräckligt lång tidsperiod för att inte bryta mot lagen om kortsiktiga områden.
Under tiden har en japansk studie analyserat en storm av svarta hål som kanske kan förklara något om galaxens ursprung.
Stefania Bernardini