Stworzony w laboratorium analog czarnej dziury dostarczył nowych poszlak, że te tajemnicze kosmiczne obiekty emitują strumienie gazu naładowanych cząstek, donosi Science Alert, cytując nowe badanie naukowe opublikowane w czasopiśmie Nature. Fizycy twierdzą, że analog czarnej dziury, który stworzyli, ma temperaturę, która jest warunkiem wstępnym dla promieniowania o tej samej nazwie, przewidzianej przez Stephena Hawkinga.
Czarne dziury nic nie emitują. Czy to promieniuje?
Zgodnie z ogólną teorią względności (GR) nic nie może uciec od czarnej dziury. Ich siła grawitacji jest tak duża, że nawet światło, najszybsza rzecz we Wszechświecie, nie jest w stanie rozwinąć prędkości wystarczającej do wyrwania się spod jej wpływu. Tak więc, zgodnie z ogólną teorią względności, czarne dziury nie mogą emitować żadnego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego.
Niemniej jednak teoria Hawkinga z 1974 r. Sugerowała, że gdyby do pytania dodać reguły mechaniki kwantowej, to czarne dziury rzeczywiście mogłyby coś emitować. Jest to teoretyczny rodzaj promieniowania elektromagnetycznego nazwany na cześć samego Hawkinga.
To hipotetyczne promieniowanie przypomina promieniowanie ciała czarnego generowane przez temperaturę czarnej dziury, która jest odwrotnie proporcjonalna do jej masy. Naukowcom nie udało się jeszcze znaleźć tego bezpośrednio. Niedawno zrobiono pierwsze prawdziwe zdjęcia czarnej dziury, więc wszystko jest przed nami. Niemniej jednak fizycy uważają, że to promieniowanie, jeśli istnieje, byłoby zbyt słabe, aby można je było znaleźć za pomocą naszych nowoczesnych instrumentów naukowych.
Pomiar temperatury czarnej dziury jest również trudny. Czarna dziura o masie Słońca będzie miała temperaturę zaledwie 60 nanokelwinów. Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, które pochłonie, będzie znacznie wyższe niż promieniowanie Hawkinga, które by emitowało. Co więcej, im większy rozmiar czarnej dziury, tym niższa będzie jej temperatura.
Aby sprawdzić hipotezę Hawkinga, fizycy z Israel Technical University przeprowadzili eksperyment z najbliższym „analogiem” czarnej dziury, który do tej pory z powodzeniem został stworzony w warunkach laboratoryjnych.
Film promocyjny:
Czy promieniowanie Hawkinga jest prawdziwe?
Został wynaleziony przez izraelskiego fizyka Jeffa Steinhowera w 2016 roku i jest kondensatem Bose'a złożonym z zimnych atomów rubidu (schłodzonych prawie do zera absolutnego), w jednym z regionów, w których atomy poruszają się z prędkością naddźwiękową, aw drugim bardzo wolno. Podczas ruchu kondensat tworzy tak zwaną akustyczną czarną dziurę, która zamiast światła (fotony) zatrzymuje dźwięk (fonony). Kwanty dźwięków wchodzące w ten obszar przekraczają swego rodzaju „akustyczny horyzont zdarzeń”, ponieważ nie mogą go już opuścić. Badając charakterystykę akustycznego analogu czarnej dziury, eksperci doszli do wniosku, że są one bliskie modelom teoretycznym implikującym obecność promieniowania Hawkinga.
Nawet podczas eksperymentu w 2016 roku Steinhower i jego koledzy byli w stanie wykazać, że w obszarze akustycznego horyzontu zdarzeń ich analogu czarnej dziury może powstać para splątanych fononów, z których jeden jest odpychany z niego przez atomy wolno wypływającego kondensatu Bosego w przestrzeń, tworząc w rzeczywistości efekt promieniowania Hawkinga. W tym samym czasie inny fonon z pary może zostać zaabsorbowany przez analog czarnej dziury ze względu na szybki kondensat.
Należy zauważyć, że na początku tego roku inna grupa izraelskich fizyków z Instytutu Weizmanna, kierowana przez Ulfa Leonhardta, stworzyła własny analog czarnej dziury, w której za podstawę horyzontu zdarzeń wykorzystano technologię światłowodową. Następnie naukowcy uznali podobny obserwowany wynik za anomalię statystyczną. Jednak nowy eksperyment grupy Steinhauera udowodnił, że tak nie jest. Wynik nowego eksperymentu po raz kolejny pokazał, że jeden foton może zostać wrzucony w hipotetyczną przestrzeń, podczas gdy inny może zostać zaabsorbowany przez hipotetyczną czarną dziurę. Leonhardt skomentował już sukces grupy Steinhower:
Istnieje coraz więcej dowodów na to, że Hawking miał rację, ale ta nowa metoda określania temperatury analogowej czarnej dziury może pomóc w głębszym zrozumieniu termodynamiki czarnej dziury.
Nikolay Khizhnyak