Gravitationsbølgeekkoer kan bekræfte Stephen Hawkings hypotese om kvante sorte huller

Ekkoer i gravitationsbølgesignaler tyder på, at begivenhedshorisonten for et sort hul kan være mere kompliceret, end forskerne i øjeblikket tror.

Forskning fra University of Waterloo rapporterer den første foreløbige påvisning af disse ekkoer, forårsaget af et mikroskopisk kvante-"fuzz", der omgiver nydannede sorte huller.

Gravitationsbølger er krusninger i rumtidens stof, forårsaget af kollision af massive, kompakte genstande i rummet, såsom sorte huller eller neutronstjerner.

"Ifølge Einsteins generelle relativitetsteori, intet kan undslippe tyngdekraften af ​​et sort hul, når det først har passeret et point of no return, kendt som begivenhedshorisonten, " forklarede Niayesh Afshordi, professor i fysik og astronomi ved Waterloo. "Dette var videnskabsmænds forståelse i lang tid, indtil Stephen Hawking brugte kvantemekanik til at forudsige, at kvantepartikler langsomt vil lække ud af sorte huller, som vi nu kalder Hawking-stråling.

"Forskere har ikke været i stand til eksperimentelt at bestemme, om noget stof undslipper sorte huller, indtil den helt nylige opdagelse af gravitationsbølger, " sagde Afshordi. "Hvis den kvantefuzz, der er ansvarlig for Hawking-stråling, eksisterer omkring sorte huller, gravitationsbølger kunne prelle ud af det, som ville skabe mindre gravitationsbølgesignaler efter den vigtigste gravitationskollisionshændelse, ligner gentagne ekkoer."

Afshordi og hans medforfatter Jahed Abedi fra Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik i Tyskland, har rapporteret de første foreløbige fund af disse gentagne ekkoer, at give eksperimentelt bevis på, at sorte huller kan være radikalt anderledes end hvad Einsteins relativitetsteori forudsiger, og mangler begivenhedshorisonter.

De brugte gravitationsbølgedata fra den første observation af en neutronstjernekollision, optaget af LIGO/Virgo gravitationsbølgedetektorer.

Ekkoerne observeret af Afshordi og Abedi matcher de simulerede ekkoer forudsagt af modeller af sorte huller, der tegner sig for virkningerne af kvantemekanik og Hawking-stråling.

"Vores resultater er stadig foreløbige, fordi der er en meget lille chance for, at det, vi ser, skyldes tilfældig støj i detektorerne, men denne chance bliver mindre sandsynlig, efterhånden som vi finder flere eksempler, " sagde Afshordi. "Nu hvor forskerne ved, hvad vi leder efter, vi kan se efter flere eksempler, og har en meget mere robust bekræftelse af disse signaler. En sådan bekræftelse ville være den første direkte sonde af rumtidens kvantestruktur."

Studiet, "Echoes from the Abyss:En meget snurrende sort hul-rest for den binære neutronstjernefusion GW170817, " blev offentliggjort i Journal of Cosmology and Astropartikelfysik i november, og blev tildelt førstepladsen Buchalter Cosmology Prize i denne måned.