Hawkingstrålning beskriver hypotetiska partiklar som bildas vid ett svart håls gräns. Denna strålning innebär att svarta hål har temperaturer som är omvänt proportionella mot deras massa.
Med andra ord, ju mindre ett svart hål är, desto varmare borde det glöda.
Och även om den aldrig har observerats direkt är Hawkingstrålningen en förutsägelse som stöds av kombinerade modeller av allmän relativitetsteori och kvantmekanik. Den är uppkallad efter den framstående fysikern Stephen Hawking, som 1974 publicerade en artikel med titeln Black hole explosions? där han argumenterade för deras existens.
Om Hawking-strålning skulle innebära att svarta hål kan sända ut energi och därför krympa i storlek, och att de minsta av dessa vansinnigt täta objekt snabbt exploderar i en värmepuff (och att de största sakta avdunstar under triljoner av år i en kall bris).
Varför skulle svarta hål glöda?
När materia kommer in i ett svart hål blir den effektivt låst från resten av universum. Detta tar också bort ett mått av oordning; en egenskap som fysiker kallar entropi.
Då detta avlägsnande av materia gör att universum blir mindre oordnat trodde man att det bröt mot termodynamikens andra lag.
En fysikstudent från Princeston i USA vid namn Jacob Bekenstein påpekade att gränsen som omger det utrymme som påverkas mest av ett svart håls vansinniga gravitation – en ”yta” som kallas händelsehorisont – borde öka i yta när materia faller in.
Han visade hur denna yta representerar måttet på entropin som annars skulle gå förlorad, ett förslag som borde lösa paradoxen.
Hawking var inte så säker. Entropi är ett annat sätt att beskriva värmeenergi, som med nödvändighet avger strålning. Om en händelsehorisont har entropi borde den lysa på något sätt, vilket innebär att svarta hål inte skulle vara så svarta trots allt.
I sina försök att motbevisa Bekensteins till synes absurda förslag diskuterade Hawking det med andra fysiker och försökte visa med hjälp av matematiska modeller att det inte var möjligt.
Istället upptäckte han att svarta hål verkligen verkar lysa med kallt ljus.
Hur producerar svarta hål Hawking-strålning?
Den fysikaliska processen bakom emissionen av partiklar från närheten av ett svart håls händelsehorisont är ganska komplicerad och bygger på en gedigen förståelse av matematiken i kvantfältsteorin.
Det brukar beskrivas som ett resultat av att tvillingpartiklar, ”virtuella” partiklar, som naturligt uppstår ur vakuumet, skiljs åt av gravitationen. Vanligtvis skulle de återkombineras och utplånas, men i det här fallet lämnar uppdelningen den ena halvan av varje par att flyga ut som faktisk strålning.
I själva verket beskriver Hawkings egen populära förklaring av matematiken flyktiga virtuella partiklar som påverkas av extrem gravitation, där den ena halvan av paret tar bort massa från det svarta hålet tack vare att den extrema gravitationen förser partikeln med negativ energi.
Andra fysiker anser att denna ”lokaliserade” beskrivning av partiklar som splittras över en imaginär linje är en aning missvisande.
Vi skulle behöva en fullständig teori om gravitationens roll i kvantmekaniken för att kunna kartlägga denna interaktion på ett korrekt sätt, men Hawkings slutsatser visar hur det krökta utrymmet kan rubba blandningen av kvantegenskaper i fälten nära händelsehorisonten, så till den grad att svarta hål ”sprider ut” vissa egenskaper medan de lämnar andra intakta. Det är dessa intakta egenskaper som liknar specifika strålningstemperaturer och som kan få ett svart hål att krympa.