A fekete lyukak a téridő azon régiói, amelyekben hihetetlenül erős gravitációs erők hatnak. Ezen objektumok tömege igencsak eltérő lehet: a csillagtömegű fekete lyukaktól (ennek a kategóriának a felső határa a Nap tömegének a 100-szorosa) a szupermasszív fekete lyukakig (több mint egymilliárd naptömeg) terjednek – és ez utóbbiakról azt tételezik fel, hogy a legtöbb galaxis középpontjában megtalálható egy ilyen szupermasszív fekete lyuk. E szabály alól egy figyelemre méltó kivétel például az M33, amely annak ellenére, hogy a Lokális galaxiscsoport harmadik legnagyobb galaxisa, úgy tűnik, nem rendelkezik központi szupermasszív fekete lyukkal.

Az univerzum jelenleg a Stelliferous Erában él, amelyet folyamatos csillag- és galaxisképződés jellemez. Mivel azonban az objektumok létrehozásához rendelkezésre álló összetevők idővel kimerülnek, a csillagok végül elpusztulnak, és így az Univerzum utolsó lakói végül a fekete lyukak lesznek. Azonban a fekete lyukak sem tartanak örökké, hanem végül a Hawking-sugárzásnak nevezett folyamat következtében ők is eltűnnek.

A Hawking-sugárzás bevezetését Stephen Hawking javasolta 1974-ben, és ez a sugárzás az eseményhorizont közelében lévő részecske-antirészecske párok kvantumingadozásaiból ered: amikor az egyik részecske beleesik a fekete lyukba, a másik kiszabadul, így a fekete lyuk veszít a tömegéből és az energiájából.

A Hawking-sugárzás, és így a fekete lyukak halála azonban a fizika egyik legkomolyabb paradoxonával jár: ez a fekete lyuk információs paradoxon. Mint fentebb írtuk tehát: ahogy a fekete lyukak Hawking-sugárzást bocsátanak ki, elveszítik tömegüket, és végül eltűnnek, azonban a távozó sugárzás nem hordozza a fekete lyukba esett anyag információit – vagyis úgy látszik, hogy a fekete lyuk által elnyelt anyagról szóló információ véglegesen elveszhet. A kvantummechanika elvei szerint viszont az információ nem veszhet el, a Hawking-sugárzás termikus természete azonban mégis mintha megsértené ezt az elvet.

Ez a paradoxon része egy nagyobb problémának: az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összeegyeztetésének. Bár mindkét elmélet jól működik a saját területén (nagy kozmikus léptékek az általános relativitáselmélethez és nagyon kicsik a kvantummechanikához), még nem egységesítették őket a kvantumgravitáció átfogó elméletében.

Sokak szerint tehát egy egységesített elmélet feloldaná a fekete lyuk információs paradoxont is, de akadnak kísérletek, amelyek új fizika bevezetése nélkül adnának magyarázatot. Egy 2022 augusztusában közzétett publikációban Xavier Calmet és Stephen D. H. Hsu fizikusok épp ilyen, új fizikát nem igénylő megoldást vetettek fel: az elképzelésük szerint a fekete lyukba eső anyag által hordozott információ a fekete lyuk gravitációs mezejében kódolható, ami azt jelenti, hogy a fekete lyuk megőriz egy "kvantummemóriát" az őscsillagáról. A két kutató érvelése szerint így a Hawking-sugárzás nem pusztán termikus, hanem ezt a kódolt információt is hordozza.

Akadnak természetesen egyéb megoldási javaslatok is: az egyik ötlet magában foglalja a mozivászonról ismerős “multiverzum” koncepcióját – ezen modell szerint minden fekete lyuk egy külön univerzumhoz vezethet az eseményhorizontjának másik oldalán – magyarán a fekete lyuk által elnyelt információ így nem vész el, pusztán átkerül egy másik univerzumba.

Visszatérve a fekete lyukak halálára – ezen objektumok pusztulása emberi léptékkel felfoghatatlanul lassú folyamat, ráadásul a fekete lyukak meghosszabbíthatják életüket a közeli anyag és csillagok elfogyasztásával. Egy hasonlat szerint ezt úgy kell elképzelni, mint egy homokórát, amely addig pereg, amíg új homokot lapátolunk bele – és ha az új homok elfogyott, akkor a meglévő mennyiség lassan lepereg, a homokóra pedig végül megáll.

Ahogy pedig a fekete lyuk veszít tömegéből, a részecskekibocsátási sebessége is növekszik. A végső szakaszban a kibocsátás exponenciálisan gyorsul, amíg a fekete lyuk az utolsó pillanataiban hatalmas energia- és fénykitöréssel megsemmisül. A fekete lyuk méretétől függetlenül ez a gigantikus “tűzijátéka” a létezés utolsó pillanatának konzisztens, és az egyetlen különbséget az az időtartam jelenti, amely alatt az egyes fekete lyukak eljutnak a végig. Ez a következetes viselkedés is egyébként a Hawking-sugárzás miatti tömegveszteség és a kibocsátási sebesség exponenciális növekedése közötti kölcsönhatás eredménye.

Egy fekete lyuk halálának drámai tüzijátékát azonban kis eséllyel láthatja ember bármilyen formában: amíg a fekete lyuk teljesen elpárolog a Hawking-sugárzás hatására, az az idő egy szupermasszív fekete lyuk esetében körülbelül 10 a 100-idokon évet jelent, ami beláthatatlanul hosszabb idő még a világegyetem jelenlegi koránál is.

(Forrás: Astronomy.com, Popular Mechanics, Space.com, kép: Pixabay/AdisResic)