Ключевым результатом объединения идей квантовой теории поля и общей теории относительности стало предсказание Стивена Хокинга о том, что чёрные дыры не являются абсолютно чёрными объектами. Вакуумные флуктуации вблизи горизонта событий приводят к рождению пар виртуальных частиц. При определённых условиях одна из частиц может оказаться за горизонтом, а вторая – уйти на бесконечность, формируя наблюдаемое излучение.
Температура такого излучения обратно пропорциональна массе чёрной дыры:
$$ T_H = \frac{\hbar c^3}{8 \pi G M k_B}. $$
Это означает, что массивные астрофизические чёрные дыры излучают с крайне низкой интенсивностью и практически не подвержены заметному испарению на космологических временных масштабах. Однако микроскопические чёрные дыры, если они существовали в ранней Вселенной, должны были интенсивно излучать и в конечном счёте полностью испаряться.
Поток излучения приводит к постепенной потере массы чёрной дырой. Для массивных объектов темп уменьшения массы ничтожен, однако по мере испарения чёрной дыры её температура растёт, что ускоряет процесс. В последние мгновения жизни мини-чёрная дыра должна была бы испускать мощный всплеск излучения, возможно сопровождающийся рождением гамма-лучей высокой энергии и струй элементарных частиц.
Особый интерес представляют гипотетические первичные чёрные дыры массой порядка 1015 г, которые могли бы полностью испаряться в современную эпоху, оставляя специфические астрофизические сигналы. Поиск подобных всплесков является важной задачей для космических гамма-обсерваторий.
На уровне квантовой гравитации горизонту событий приписываются динамические свойства. Квантовые флуктуации метрики приводят к тому, что граница чёрной дыры перестаёт быть идеально гладкой. Это может сопровождаться генерацией слабых гравитационных возмущений, которые, в принципе, могут распространяться наружу. Таким образом, процесс испарения не ограничивается электромагнитным и корпускулярным излучением, но также может включать гравитационные компоненты.
Гравитационные волны — ряби в пространстве-времени, возникающие из-за ускоренного движения масс. Наиболее мощные источники — слияния компактных объектов: чёрных дыр и нейтронных звёзд. В контексте испарения чёрных дыр обсуждается несколько возможных сценариев генерации гравитационного излучения:
Современные интерферометрические детекторы — LIGO, Virgo, KAGRA — достигли чувствительности, позволяющей фиксировать слияния чёрных дыр stellar-масштабов. Однако для регистрации сигналов, связанных с испарением, требуется совершенно иной подход.
Наблюдение гравитационных волн, связанных с испарением, дало бы уникальное окно в квантовую гравитацию. Среди обсуждаемых направлений:
На сегодняшний день нет экспериментально подтверждённых свидетельств испарения чёрных дыр. Тем не менее, развитие технологий детектирования гравитационных волн и координация с космическими гамма-обсерваториями создают новые возможности. Если будут зарегистрированы даже единичные совпадения между короткими гравитационными импульсами и вспышками высокоэнергетического излучения, это станет революционным событием в физике.