Een natuurkundige van de RUDN University heeft een formule ontwikkeld voor het berekenen van Hawking-straling op de waarnemingshorizon van een zwart gat, waarmee natuurkundigen kunnen bepalen hoe deze straling zou worden veranderd met kwantumcorrecties voor Einsteins zwaartekrachttheorie. Met deze formule kunnen onderzoekers de nauwkeurigheid van verschillende versies van de kwantumzwaartekrachttheorie testen door zwarte gaten te observeren, en omvat een stap in de richting van de lang gezochte "grootse unificatietheorie" die de kwantummechanica en relativiteit zou verbinden. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling D .

Hoewel de gravitatietheorie van Einstein overeenkomt met de recente ontdekking van gravitatiegolven, het laat nog wat vragen open, inclusief de aard van de singulariteit, donkere materie, donkere energie, en de kwestie van de kwantumzwaartekracht. Ook, zelfs waarnemingen van zwaartekrachtgolven sluiten niet uit dat alternatieve gravitatietheorieën accuraat kunnen zijn, en ze kunnen worden gebruikt om zwarte gaten te beschrijven. zulke theorieën, die extra kwantumcomponenten bevatten, niet in tegenspraak met het waargenomen beeld van samensmeltingen van zwarte gaten. Berekeningen gemaakt volgens deze theorieën voorspellen hetzelfde gedrag van zwarte gaten op grote afstand van elkaar, maar op het zelfde moment, demonstreren belangrijke kenmerken nabij de waarnemingshorizon - de "grens" van het zwarte gat van waaruit geen terugkeer mogelijk is.

Er wordt aangenomen dat het onmogelijk is om verder te kijken dan de waarnemingshorizon van een zwart gat, omdat niets kan ontsnappen. inclusief deeltjes en straling. Echter, Stephen Hawking bewees dat zwarte gaten kunnen 'verdampen' door verschillende elementaire deeltjes uit te zenden. Dit betekent dat in de loop van de tijd, alle informatie die door een zwart gat wordt opgenomen, kan verdwijnen, wat in strijd is met fundamentele ideeën over informatie - men gelooft dat informatie niet spoorloos kan verdwijnen. Daarom, alternatieve gravitatietheorieën, gericht op het elimineren van deze paradox, zijn populairder geworden omdat ze zouden kunnen bijdragen aan een kwantumzwaartekrachttheorie.

Een van de meest veelbelovende benaderingen is de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-theorie met dilaton - het past kwantumcomponenten toe als een correctie op de algemene relativiteitstheorie.

"De alternatieve theorie die we hebben overwogen, is geïnspireerd op de lage-energielimiet van de snaartheorie, de zogenaamde Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-theorie met dilaton. Naast het Einstein-gedeelte, het bevat kwadratische krommingsvoorwaarden en een scalair veld, "Romeinse Konoplya, een onderzoeker aan het Onderwijs- en Onderzoeksinstituut voor Gravitatie en Kosmologie van de RUDN Universiteit, zegt.

Om te beschrijven hoe een zwart gat reageert op externe zwaartekrachtverstoringen, kosmologen gebruiken het concept van quasinormale modi. Modes zijn oscillaties die optreden wanneer een externe actie op een zwart gat, waarvan de kenmerken afhangen van de kracht van de inslag en de parameters van het zwarte gat zelf. Ze worden quasinormaal genoemd omdat ze in de loop van de tijd vervagen en hun amplitude slechts voor een korte periode kan worden gemeten. Dergelijke oscillaties worden meestal beschreven met frequentie als een complex getal, waarvan het echte deel de periodieke oscillaties zijn, en het denkbeeldige - de vervalsnelheid.

De natuurkundige van de RUDN Universiteit, samen met de Tsjechische wetenschappers Antonina Zinhailo en Zdeněk Stuchlík, bestudeerde klassieke (quasinormale) en quantum (Hawking's) straling van testvelden op de achtergrond van een vierdimensionale, bolsymmetrisch en asymptotisch plat zwart gat in de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-theorie met dilaton. Ze verkregen een analytische formule voor de eikonale toestand van quasinormale modi en gebruikten deze om de quasinormale modi van de scalaire test en de velden van Maxwell te berekenen en schatten de Hawking-stralingsintensiteit voor het Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet zwarte gat.

Tekstvelden zijn alle velden in de buurt van een zwart gat omdat ze zich voortplanten op de achtergrond (bijvoorbeeld een Dirac-veld of een elektromagnetisch veld). De intensiteit van de elektromagnetische straling van Hawking en het Dirac-veld bleek een aanzienlijk gevoeliger kenmerk te zijn dan het quasinormale spectrum, met een toename van de energie-emissie met respectievelijk 57 procent en 48 procent naar de velden.

"We hebben een schatting gemaakt van de intensiteit van de Hawking-verdamping van zwarte gaten door rekening te houden met kwantumcorrecties in de geometrie van het zwarte gat, ’, besluit Roman Konoplya.

"Klassieke straling (bijv. elektromagnetische of andere golven) verschillen slechts een paar procent van die van Einstein, dat is, Hawkingstraling is een veel gevoeliger mechanisme. Quasinormale modi zijn de frequenties van klassieke straling, die, in tegenstelling tot kwantummodi, verschillen weinig van het geval van Einstein. In de toekomst, misschien door het observeren van de primaire zwarte gaten die in het vroege heelal verschenen, dit kan onze ideeën over kwantumcorrecties voor de zwaartekracht verduidelijken."