Οι μαύρες τρύπες υπακούουν στα όρια εκπομπής πληροφορίας – επιβεβαιώνεται από ανάλυση των βαρυτικών κυμάτων

Η ακραία φύση των μελανών οπών τις καθιστά ιδανικές στην προσφορά μοναδικών ευκαιριών για τον έλεγχο των ορίων των νόμων της φυσικής. Αυτό είναι κάτι πολύ χρήσιμο για την Επιστήμη, επειδή στα όρια γεννιούνται νέες γνώσεις και πιθανώς νέες διαδρομές προσέγγισης της πραγματικότητας και περιγραφής της. Ένας νόμος που οι ερευνητές αναζητούν να ελέγξουν με αυτόν τον τρόπο αν είναι αυτός που περιγράφει το μέγιστο ρυθμό με τον οποίο η πληροφορία μπορεί να ρέει έξω από ένα σύστημα. Όμως μέχρι πρόσφατα, ο έλεγχος αυτός ήταν αδύνατος με τις μαύρες τρύπες λόγω της έλλειψης των κατάλληλων υποψηφίων. Αυτό άλλαξε με τις πρώτες μετρήσεις των βαρυτικών κυμάτων. Τώρα, μια ανάλυση των βαρυτικών κυμάτων που ανιχνεύθηκαν από οχτώ συγχωνεύσεις μελανών οπών επιβεβαιώνει ότι ο νόμος ισχύει σε αυτά τα ακραία αντικείμενα.

Κάθε διεγερμένο αντικείμενο θα εκπέμπει πληροφορία σχετικά με την κατάστασή του μέχρι να επιστρέψει σε ισορροπία. Η θεωρία προβλέπει ένα όριο για το ρυθμό αυτής της εκπομπής πληροφορίας, με αυτό το όριο να εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αντικειμένου και το χρόνο ηρεμίας του (πόσο γρήγορα επανέρχεται σε ισορροπία). Για τις πρόσφατα συγχωνευμένες μαύρες τρύπες, οι παράμετροι αυτές κωδικοποιούνται στα εκπεμπόμενα βαρυτικά κύματα.

Από τις περίπου 50 συγχωνεύσεις μελανών οπών που ανιχνεύθηκαν μέχρι τώρα, οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πίζα, στην Ιταλία, και το Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης στο Ηνωμένο Βασίλειο, επέλεξαν οκτώ για τις οποίες θα μπορούσαν να κάνουν σίγουρες μετρήσεις των χρόνων ηρεμίας. Για κάθε μια από αυτές τις συγχωνεύσεις, η ομάδα υπολόγισε το μέγιστο μέσο ρυθμό της εκπομπής πληροφορίας ανά μονάδα ενέργειας. Τα μέλη της ομάδας βρήκαν ότι οι ρυθμοί αυτοί είναι ταχύτεροι από οποιοδήποτε γνωστό αντικείμενο: περίπου 2,2 x 10^34 bits ανά sec ανά Joule, ή 75% του θεωρητικού μέγιστου. Σε αυτόν τον ακραίο ρυθμό, διεγερμένες μαύρες τρύπες εκπέμπουν πληροφορία με έναν ρυθμό σχεδόν 11 τάξεις μεγέθους υψηλότερο από εκείνους που σχετίζεται με «καθημερινά» αντικείμενα θερμοκρασίας δωματίου που είναι περίπου ενός μέτρου πλάτους.

Το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει ότι οι μαύρες τρύπες υπακούουν σε βασικές αρχές της γενικής σχετικότητας, της θεωρίας της πληροφορίας και της θερμοδυναμικής – ένα εύρημα που η ομάδα λέει πως δεν ήταν εγγυημένο ότι είναι αληθές. Κάθε μελλοντικές επεκτάσεις της γενικής σχετικότητας, λένε τα μέλη της ομάδας, πρέπει να υπακούει επίσης σε αυτό το όριο της πληροφορίας.