A Hawking-sugárzás egy fekete lyuk határán keletkező hipotetikus részecskéket ír le. Ez a sugárzás azt jelenti, hogy a fekete lyukak hőmérséklete fordítottan arányos a tömegükkel.

Másképpen fogalmazva, minél kisebb egy fekete lyuk, annál forróbban kell izzania.

A Hawking-sugárzást, bár közvetlenül még soha nem figyelték meg, az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika kombinált modelljei által alátámasztott jóslat. Nevét a kiváló fizikusról, Stephen Hawkingról kapta, aki 1974-ben Fekete lyukak robbanásai? címmel publikált egy tanulmányt, amelyben a létezésük mellett érvelt.

Ha bebizonyosodik, hogy a Hawking-sugárzás tény, akkor a fekete lyukak energiát sugározhatnak ki, és ezért zsugorodhatnak, és a legkisebb ilyen őrülten sűrű objektumok gyorsan felrobbanhatnak egy hőfuvallatban (a legnagyobbak pedig lassan, évbilliók alatt elpárolognak egy hideg fuvallatban).

Miért világítanak a fekete lyukak?

Amikor az anyag belép egy fekete lyukba, gyakorlatilag el van zárva az Univerzum többi részétől. Ezzel egyfajta rendezetlenség is megszűnik; ezt a tulajdonságot a fizikusok entrópiának nevezik.

Mivel az anyagnak ez az eltávolítása az Univerzumot kevésbé rendezetlenné teszi, úgy gondolták, hogy ez megszegi a termodinamika második törvényét.

Egy Jacob Bekenstein nevű amerikai princestoni fizikushallgató rámutatott, hogy a fekete lyuk őrült gravitációja által leginkább érintett teret körülvevő határnak – az eseményhorizontnak nevezett “felületnek” – növekednie kell, amikor anyag esik bele.

Megmutatta, hogy ez a terület az egyébként elvesző entrópia mértékét jelenti, és ez a javaslat megoldja a paradoxont.

Hawking nem volt ebben olyan biztos. Az entrópia egy másik módja a hőenergia leírásának, amely szükségszerűen sugárzást bocsát ki. Ha egy eseményhorizontnak van entrópiája, akkor valamilyen módon világítania kellene, vagyis a fekete lyukak mégsem lennének olyan feketék.

A Bekenstein abszurdnak tűnő felvetésének megcáfolására tett erőfeszítései során Hawking megvitatta azt más fizikusokkal, és matematikai modellek segítségével próbálta megmutatni, hogy ez nem lehetséges.

Ehelyett felfedezte, hogy a fekete lyukak valóban hideg fényben ragyognak.

Hogyan termelik a fekete lyukak a Hawking-sugárzást?

A fekete lyuk eseményhorizontjának közelében lévő részecskék kibocsátása mögött álló fizikai folyamat meglehetősen összetett, és a kvantumtérelmélet matematikájának szilárd megértésére támaszkodik.

Az általános leírás szerint ez a vákuumból természetesen kilépő iker “virtuális” részecskék eredménye, amelyeket a gravitáció választ szét. Általában újra egyesülnének és kioltódnának, de ebben az esetben a szétválás minden pár egyik felét meghagyja, hogy tényleges sugárzásként távozzon.

Tény, hogy Hawking saját népszerű matematikai magyarázata a szélsőséges gravitáció által érintett, elillanó virtuális részecskéket írja le, a pár egyik fele a fekete lyuk tömegét távolítja el, köszönhetően a részecskét negatív energiával ellátó szélsőséges gravitációnak.

Más fizikusok úgy érzik, hogy a képzeletbeli vonalon szétváló részecskéknek ez a “lokalizált” leírása kissé félrevezető.

Míg a gravitáció kvantummechanikában betöltött szerepének teljes elméletére lenne szükségünk ahhoz, hogy ezt a kölcsönhatást megfelelően feltérképezzük, Hawking következtetései megmutatják, hogy a görbült tér hogyan boríthatja fel az eseményhorizont közelében lévő mezők kvantumtulajdonságainak keverékét, olyannyira, hogy a fekete lyukak bizonyos tulajdonságokat “szétszórnak”, míg másokat érintetlenül hagynak. Ezek az érintetlen tulajdonságok azok, amelyek a sugárzás meghatározott hőmérsékletéhez hasonlítanak, és a fekete lyuk zsugorodását okozhatják.