Prediksi utama yang dibuat oleh Stephen Hawking tentang lubang hitam akhirnya diketahui

gelombang gravitasi Astronomi baru saja memberi kita hadiah besar lainnya: yang pertama Menonton Satu konfirmasi dari Stephen Hawkingprediksi tentang lubang hitam.

Analisis deteksi pertama gelombang gravitasi yang dilakukan pada tahun 2015, GW150914, mengkonfirmasi teori wilayah Hawking. Ini menyatakan bahwa di bawah fisika klasik, area cakrawala peristiwa lubang hitam hanya dapat tumbuh – dan tidak pernah menjadi lebih kecil.

Pekerjaan ini memberi kita alat baru untuk memeriksa misteri ini, dan untuk menguji batas pemahaman kita tentang alam semesta.

“Ada kemungkinan bahwa akan ada kebun binatang dengan objek kompak yang berbeda, dan sementara beberapa lubang hitam mengikuti hukum Einstein dan Hawking, yang lain mungkin monster yang sedikit berbeda.” Ahli astrofisika Maximiliano Essi berkata: dari Kavli Institute for Astrophysics and Space Research di Massachusetts Institute of Technology.

“Jadi, bukan berarti saya mengikuti tes ini sekali dan selesai. Saya melakukan ini sekali, dan itulah awalnya.”

Hawking pertama kali mengajukan teorinya pada tahun 1971. Dia meramalkan bahwa luas permukaan cakrawala peristiwa lubang hitam tidak akan pernah berkurang, tetapi hanya bertambah.

Cakrawala peristiwa bukanlah lubang hitam itu sendiri, tetapi jari-jari di mana kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak cukup untuk mencapai kecepatan lepas dari medan gravitasi yang dihasilkan oleh singularitas lubang hitam. sebanding dengan massa lubang hitam. Karena lubang hitam hanya bisa bertambah massa, di bawah Relativitas umum, cakrawala peristiwa seharusnya hanya bisa tumbuh.

(Model kenaikan-saja ini juga anehnya mirip dengan teorema lain, hukum kedua Termodinamika. Ini menyatakan bahwa entropi – perkembangan dari keteraturan ke kekacauan di alam semesta – hanya dapat meningkat. Lubang hitam juga memiliki entropi yang dikaitkan dengannya, dan berbanding lurus ke luas permukaan horizon peristiwa mereka.)

Secara komputasi, teori wilayah direalisasikan, tetapi sulit untuk mengkonfirmasinya dari sudut pandang pengamatan – terutama karena sangat sulit untuk mengamati lubang hitam secara langsung, karena mereka tidak memancarkan radiasi yang dapat dideteksi. Tapi kemudian, kami menemukan riak gravitasi yang menyebar melalui ruang-waktu sebagai akibat dari tabrakan antara dua objek misterius ini.

Ini adalah GW150914, ringkasannya Bloop Dari tabrakan yang direkam oleh interferometer LIGO mengubah segalanya. Ini adalah penemuan langsung pertama bukan hanya satu, tapi dua lubang hitam. Bersama-sama, mereka membentuk lubang hitam yang lebih besar.

Kemudian lubang hitam ini bergemuruh pelan, seperti bel dibunyikan. Pada 2019, Isi dan rekan-rekannya menemukan cara mendeteksi sinyal resonansi ini. Sekarang mereka telah memecahkan kodenya, dan memecahkannya untuk menghitung massa dan putaran lubang hitam terakhir.

Mereka juga melakukan analisis baru dari sinyal penggabungan untuk menghitung massa dan rotasi lubang hitam yang sebelumnya bergabung. Karena massa dan rotasi terkait dengan wilayah cakrawala peristiwa, ini memungkinkan mereka untuk menghitung cakrawala peristiwa untuk ketiga objek.

Jika ukuran horizon peristiwa dapat menyusut, maka cakrawala peristiwa dari lubang hitam terakhir yang digabungkan harus lebih kecil dari dua lubang hitam yang dibuatnya. Menurut perhitungan mereka, dua lubang hitam yang lebih kecil memiliki luas cakrawala peristiwa total 235.000 kilometer persegi (91.000 mil persegi). Lubang hitam terakhir memiliki luas 367.000 kilometer persegi.

“Data menunjukkan dengan keyakinan luar biasa bahwa area cakrawala telah meningkat setelah penggabungan, dan bahwa hukum area dipenuhi dengan probabilitas yang sangat tinggi,” kata issa.

“Sungguh melegakan bahwa hasil kami setuju dengan model yang kami harapkan, dan menegaskan pemahaman kami tentang penggabungan lubang hitam yang kompleks.”

Setidaknya dalam jangka pendek. Di bawah mekanika kuantum – yang tidak cocok dengan fisika klasik – Hawking kemudian meramalkan bahwa dalam jangka waktu yang sangat lama, lubang hitam akan kehilangan massa dalam bentuk radiasi benda hitam yang sekarang kita sebut Radiasi Hawking. Jadi cakrawala peristiwa lubang hitam pada akhirnya masih bisa menyusut.

Jelas, ini perlu dipelajari lebih dekat di masa depan. Sementara itu, Isi dan pekerjaan timnya telah memberi kami kotak peralatan baru untuk memverifikasi pengamatan gelombang gravitasi lainnya, dengan harapan mendapatkan lebih banyak wawasan tentang lubang hitam dan fisika alam semesta.

“Sangat menggembirakan bahwa kami dapat berpikir dengan cara baru dan inovatif tentang data gelombang gravitasi, dan mengajukan pertanyaan yang kami pikir tidak dapat kami lakukan sebelumnya,” kata issa.

“Kami dapat terus mengekstrak sedikit informasi yang berbicara langsung ke substrat dari apa yang kami pikir kami pahami. Suatu hari, data ini mungkin mengungkapkan sesuatu yang tidak kami harapkan.”

Pencarian dipublikasikan di pesan ulasan fisik.