Het onderzoek van zwartegatenexpert Heino Falcke, quantumfysicus Michael Wondrak en wiskundige Walter van Suijlekom (allen Radboud Universiteit) is het vervolg op een publicatie van het trio uit 2023. Daarbij hadden ze in grote lijnen uiteengezet dat niet alleen zwarte gaten, maar ook andere objecten zoals neutronensterren kunnen 'verdampen' via een proces dat vergelijkbaar is met Hawkingstraling. Na die publicatie kregen de onderzoekers veel vragen van binnen en buiten de wetenschap over hoe lang het proces dan zou duren. Dat hebben ze nu in de nieuwe publicatie uitgewerkt.
Ultiem einde
De onderzoekers berekenden dat het einde van het heelal, als alleen rekening gehouden wordt met Hawkingachtige straling, nog ongeveer 10^78 jaar op zich laat wachten (een 1 met 78 nullen). Dat is de tijd die witte dwergsterren, de hardnekkigste hemellichamen, nodig hebben om via Hawkingachtige straling te vergaan. Eerdere onderzoeken, die geen rekening hielden met Hawkingstraling, kwamen voor witte dwergen op 10^1100 jaar (een 1 met 1100 nullen). Hoofdauteur Heino Falcke: "Het ultieme einde van het heelal komt dus een stuk sneller dan verwacht, maar gelukkig duurt het nog steeds heel lang."
De onderzoekers deden de berekeningen bloedserieus en met een knipoog. De basis vormt de herinterpretatie van de Hawkingstraling. In 1975 bedacht de natuurkundige Stephan Hawking dat er, in tegenstelling tot wat de relativiteitstheorie voorschrijft, deeltjes en straling uit een zwart gat kunnen ontsnappen. Op de rand van een zwart gat zouden twee tijdelijke deeltjes gevormd kunnen worden waarbij, voordat de deeltjes weer samensmelten, het ene deeltje het zwarte gat wordt ingezogen en het andere deeltje ontsnapt. Het gevolg van deze Hawkingstraling is onder andere dat een zwart gat heel langzaam in straling en deeltjes oplost. Dit botst met de theorie van de relativiteitstheorie van Albert Einstein, die stelt dat zwarte gaten alleen maar kunnen groeien.
Neutronenster even langzaam als zwart gat
De onderzoekers berekenden dat het proces van Hawkingstraling in principe ook voor andere objecten met een zwaartekrachtsveld werkt. Verder werd bij de berekeningen duidelijk dat de 'verdampingsduur' van een object in principe alleen afhangt van zijn dichtheid.
Tot verrassing van de onderzoekers hebben neutronensterren en stellaire zwarte gaten even lang nodig om te vergaan: 10^67 jaar. Dat was onverwacht, omdat zwarte gaten een sterker zwaartekrachtsveld hebben en dat zou juist voor een snellere 'verdamping' moeten zorgen. "Maar zwarte gaten hebben geen oppervlak", zegt coauteur en postdoc-onderzoeker Michael Wondrak, "Ze nemen een deel van hun eigen straling weer op. Dat remt het proces."
Tekst gaat verder na figuur.
De onderzoekers berekenden van tien verschillende objecten hoe lang de 'verdamping' via Hawkingstraling duurt in een ideale omgeving, dus zonder andere invloeden. Witte dwergsterren doen er ongeveer 10^78 jaar over (een 1 met 78 nullen). Het menselijk lichaam vergaat, als alleen de Hawkingachtige straling van invloed is, in 10^90 jaar (een 1 met 90 nullen). (c) Falcke, Wondrak & Van Suijlekom [hoge resolutie]
Mens en maan: 10^90 jaar
Omdat de onderzoekers toch bezig waren, berekenden ze ook hoe lang de maan en de mens erover doen om via Hawkingachtige straling te verdampen. Dat is 10^90 jaar (een 1 met 90 nullen). Uiteraard zijn er, zo melden de onderzoekers fijntjes, andere processen die zorgen dat de mens en de maan sneller verdwijnen dan berekend.
Coauteur Walter van Suijlekom, hoogleraar wiskunde aan de Radboud Universiteit voegt toe dat het onderzoek een spannende samenwerking is van verschillende disciplines en dat het combineren van astrofysica, quantumfysica en wiskunde tot nieuwe inzichten leidt. "Door dit soort vragen te stellen en extreme gevallen te bekijken, willen we de theorie beter begrijpen en misschien ooit het raadsel van de Hawkingstraling ontrafelen."
Wetenschappelijk artikel
An upper limit to the lifetime of stellar remnants from gravitational pair production. Door: Heino Falcke, Michael F. Wondrak & Walter D. van Suijlekom. In: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 12 mei 2025. [origineel (vanaf maandagavond) | preprint]
Artistieke weergave van een neutronenster die heel langzaam 'verdampt' als gevolg van Hawking-achtige straling. (c) Daniëlle Futselaar/artsource.nl [hoge resolutie: staand | 4:3 | 16:9]