Kinnitust leidis Stephen Hawkingi 50 aasta vanune prognoos mustade aukude kohta
(111)
2015. aastal tuvastatud gravilaine — signaali tähistusega GW150914 — analüüsimine kinnitas Stephen Hawkingi 1971. aastal välja pakutud pindalateoreemi (ingl area theorem). Viimane väidab, et klassikalise füüsika tingimustes saab musta augu sündmushorisondi pindala ainult kasvada, aga mitte kunagi kahaneda.
Sündmushorisont (ingl event horizon) on raadius, kust alates on isegi valguse vaakuumis liikumise kiirus liiga väike selleks, et tungida välja musta augu singulaarsuse tekitatud gravitatsiooniväljast.
Sündmushorisondi kaugus mustast august on võrdelises seoses musta augu massiga. Kuna must auk saab muutuda ainult massiivsemaks, peaks sündmushorisont üldrelatiivsusteooria kohaselt ainult kasvama.
Matemaatiliselt on pindalateoreem ammugi kinnitatud, kuid vaatlustega on seda olnud keeruline kinnitada. Nimelt on musti auke väga raske vahetult vaadelda, kuna need ei kiirga tuvastatavat kiirgust. Siis aga õnnestus teadlastel tuvastada kahe sellise salapärase taevakeha kokkupõrkel tekkinud ja läbi aegruumi levinud gravitatsiooni-virvendusi.
See oligi signaal, millele pandi nimeks GW150914. Laserinterferomeetrilise gravilaine-observatooriumi LIGO interferomeetriga salvestatud põgus mulksatus, mille mustade aukude kokkupõrge tekitas, oli esimene mitte ainult ühe, vaid koguni kahe musta augu vahetu vaatlus. Kaks musta auku põrkasid kokku ja moodustasid ühe suurema musta augu.
Seejärel „kõlises” suurem must auk vaikselt nagu kell. 2019. aastal nuputasid Massachusettsi tehnikainstituudi MIT astrofüüsika- ja kosmoseuuringute Kavli instituudi astrofüüsik Maximiliano Isi ja kolleegid välja, kuidas selle „kõlina” signaali tuvastada.
Nüüdseks on nad selle dešifreerinud ja arvutanud selle põhjal välja lõpliku musta augu massi ja pöörlemiskiiruse.
Uurimisrühm analüüsis mustade aukude ühinemise signaali ka täiendavalt, et arvutada välja põrkumiseelsete mustade aukude massid ja pöörlemiskiirused. Kuna need on sündmushorisondi pindalaga seotud, võimaldas see välja arvutada kõigi kolme taevakeha sündmushorisondid.
Kui sündmushorisondi mõõtmed saaksid kahaneda, peaks lõpliku musta augu sündmushorisont olema väiksem kui kahe seda moodustanud musta augu omad. Töörühma arvutuste kohaselt oli kahe väiksema musta augu sündmushorisontide pindala 235 000 ruutkilomeetrit. Lõpliku musta augu pindala oli 367 000 ruutkilomeetrit.
„Andmed näitavad äärmiselt veenvalt, et horisondi pindala kasvas pärast ühinemist ning et pindalateoreem vastab väga suure tõenäosusega tõele,” kinnitas Isi.
Hawking prognoosis hiljem kvantmehaanika põhjal (mis ei klapi hästi kokku klassikalise füüsikaga), et väga pika aja vältel peaksid mustad augud kaotama massi Hawkingi kiirguse näol. Seega on siiski võimalik, et musta augu sündmushorisondi pindala võib viimaks ka kahaneda.
Seda hüpoteesi on vaja tulevikus põhjalikumalt uurida. Isi töörühma panus on aga juba andnud teadlastele uue „tööriistakomplekti” gravilaine-vaatluste analüüsimiseks lootuses saada mustade aukude olemuse ja universumi füüsika kohta veelgi rohkem teada.
