A fekete lyukak megfigyelése terén kétségkívül forradalmi előrelépést hozott az első feketelyuk-összeolvadás gravitációs hullámainak megfigyelése 2015 szeptemberében. A csillagászok most a fekete lyukak terén új módszert vetettek be annak érdekében, hogy ezekből a gravitációs jelekből még több információt nyerhessenek az őket kisugárzó égitest kezdeti és végállapotáról. Ez a módszer, a szeizmológia nem ismeretlen a geofizikusok és a sztellár-asztrofizikusok előtt. A geofizikusok a Föld belsejében terjedő rengéshullámok révén következtetnek bolygónk számunkra fizikai valójában hozzáférhetetlen mély rétegeinek tulajdonságaira. Hasonlóképp, a helio- és asztroszeizmológusok a Napban és a távoli csillagokban terjedő rengéshullámok által az égitest színképében és fényességében okozott időbeli változásokból következtetnek a csillagok belső szerkezetére. Maximiliano Isi, az Amerikai Egyesült Államokbeli Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) asztrofizikusa és munkatársai most a szeizmológia eszközeivel vizsgált meg több feketelyuk-összeolvadásból származó gravitációs hullámot, megnyitva a megfigyelési feketelyuk-szeizmológia új fejezetét.
A két fekete lyuk összeolvadásából keletkező új, nagyobb tömegű fekete lyuk gerjesztett állapotban látja meg a világot, amit egy összenyomott léggömbhöz hasonlíthatunk. A magára hagyott léggömbhöz hasonlóan ez a fekete lyuk is a legalacsonyabb energiaállapotnak megfelelő gömb formára törekszik, miközben az energiatöbblet rezgéseket kelt benne. A rezgések a fölös gerjesztési energia gravitációs hullámok formájában való kisugárzódása révén nagyon gyorsan, a másodperc tört része alatt lecsengenek. Ám amíg tartanak, addig árulkodnak a fekete lyuk fizikai tulajdonságairól.
Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint a fekete lyukak rendkívül egyszerű objektumok, melyek mindössze három fizikai mennyiséggel, a tömegükkel, a perdületükkel és az elektromos töltésükkel tökéletesen jellemezhetőek. Ezt a tulajdonságukat írta le John Wheeler szemléletesen úgy, hogy „a fekete lyukak kopaszok”. Nincsen „hajuk”, ami az egyéb tulajdonságaikat reprezentálná. Ám a fizikusoknak komoly elvi problémájuk támadt ezzel az egyszerű képpel 1974-ben, amikor Stephen Hawking kimutatta, hogy a fekete lyukak mégsem tökéletesen feketék. Ez a probléma az információs paradoxon. Hawking eredményei arra mutatnak, hogy a fekete lyukak is bocsátanak ki sugárzást, amely révén tömeget veszítenek, míg végül teljesen elpárolognak. Ennek a jelenségnek a neve Hawking-sugárzás.
S hogy miért probléma ez? Ha egy fekete lyuk tökéletesen azonos módon fog kinézni azután, hogy belezuhant három tonna homok vagy ugyanennyi levéltári dokumentum, akkor a világegyetem állapotára vonatkozó információnak veszett nyoma. No de ezzel még hajlandóak lettek volna megbékélni a fizikusok – és a levéltárosok sem elégedetlenkedtek. Mindaddig, míg bízhattak abban, hogy az információ, habár a fekete lyuk eseményhorizontja mögé végérvényesen bezárva, ám továbbra is a világegyetemünk részeként megőrződött. De ha a fekete lyukak a világegyetem vége előtt megsemmisülhetnek, magukkal víve titkaikat a halálba, az már valóban komoly elvi probléma. Mert ezek szerint elvileg is tartozhat azonos jelen különböző múltakhoz. – Ennek már a fizikusok mellett a történészek sem örülnének!
Nem csoda, hogy a kérdés vizsgálata fontos helyet foglalt el az elmúlt évtizedek feketelyuk-kutatásaiban. A fizikusok jelenlegi konszenzusa szerint a fekete lyukak mégsem tökéletesen kopaszok, az eseményhorizontjuk nem teljesen sima. A fekete lyukakba hullott dolgok emlékét megőrzik a felszínük kicsiny torzulásai, ami pedig maga után vonja azt, hogy a Hawking-sugárzás nem lesz tökéletesen feketetest-szerűen termikus, sem izotrop. Vagyis az információt a sugárzás visszacsempészi a világegyetembe. Ha ez valóban így van, vagyis a fekete lyukak nem kopaszok, az a feketelyuk-szeizmológiával ellenőrizhető kell legyen.
Isi és munkatársainak első lépései ezen az új szakterületen ígéretesek. Új elemzési módszereikkel meglepően sok olyan jelet sikerült kinyerniük az összeolvadási események ütközés utáni, lecsengő fázisáról, amit a korábbi elemzők a detektorok jelenlegi érzékenysége mellett lehetetlennek tartottak. Ezek a vizsgálatok azonban egyelőre nem mutatnak eltérést a tökéletesen szimmetrikus feketelyuk-geometriától. Ám ez nem jelenti azt, hogy a fekete lyukak kopaszsága megerősítést nyert. Csupán azt, hogy az ellenkezője jelenleg nem bizonyítható. A tudomány és a technika azonban természetesen fejlődnek, az idővel felgyülemlő nagyobb statisztikai mintával, valamint az érzékenyebb megfigyelésekkel reményeink szerint a közeli jövőben már okosabbak leszünk az információs paradoxon igen fontos elvi kérdésében is.
Források: Science Daily, Stephen Hawking élete és világa.
