Laboratorion luoma analoginen musta aukko on tarjonnut uutta epäsuoraa näyttöä siitä, että nämä salaperäiset avaruusobjektit lähettävät varautuneiden hiukkasten kaasuvirtoja, Science Alert raportoi, viitaten Nature-lehdessä julkaistuun uuteen tieteelliseen tutkimukseen. Fyysikot väittävät, että heidän luomansa mustan aukon analogilla on lämpötila, joka on edellytys saman nimen säteilylle, Stephen Hawkingin ennustama.
Mustat aukot eivät säteile mitään. Vai säteileekö se?
Yleisen suhteellisuussuhteen (GR) mukaan mikään ei pääse mustasta aukosta. Heidän painovoima on niin suuri, että edes valo, maailmankaikkeuden nopein asia, ei kykene kehittämään riittävää nopeutta puhkeaakseen vaikutusvaltaansa. Siten yleiset suhteellisuustekijät mukaan mustat aukot eivät voi emittoida minkäänlaista sähkömagneettista säteilyä.
Siitä huolimatta, Hawkingin vuoden 1974 teoria ehdotti, että jos kysymykseen lisättäisiin kvanttimekaniikan säännöt, mustat aukot voisivat todellakin päästää jotain. Se on teoreettinen tyyppi sähkömagneettista säteilyä, jonka nimi on Hawking itse.
Tämä hypoteettinen säteily muistuttaa mustan kehon säteilyä, jonka aiheuttaa mustan aukon lämpötila, joka on käänteisesti verrannollinen sen massaan. Tutkijat eivät ole vielä löytäneet sitä suoraan. Ensimmäiset oikeat kuvat mustasta aukosta otettiin äskettäin, joten kaikki on vielä edessä. Siitä huolimatta fyysikot uskovat, että tämä säteily, jos sitä on olemassa, olisi liian heikko löytääkseen nykyaikaisilla tieteellisillä välineillämme.
Myös mustan aukon lämpötilan mittaaminen on haastavaa. Auringon massalla olevan mustan aukon lämpötila on vain 60 nanokelviniä. Sen absorboima kosminen mikroaaltotaustosäteily on paljon suurempi kuin sen lähettämä Hawking-säteily. Lisäksi mitä suurempi musta aukko on, sitä alhaisempi sen lämpötila on.
Hawkingin hypoteesin testaamiseksi Israelin teknillisen yliopiston fyysikot tekivät kokeilun mustan aukon lähimmästä "analogista", joka on tähän mennessä luotu menestyksekkäästi laboratorio-olosuhteissa.
Mainosvideo:
Onko Hawkingin säteily todellinen?
Sen keksi israelilainen fyysikko Jeff Steinhower vuonna 2016, ja se on kylmän rubidiumatomien (melkein absoluuttiseen nollaan jäähdytetty) Bose-tiiviste, jossa yhdessä atomit liikkuvat yliäänenopeudella, ja toisessa ne liikkuvat hyvin hitaasti. Liikkuessaan kondensaatti luo ns. Akustisen mustan aukon, joka vangitsee äänen (fononit) valon (fotonien) sijasta. Tälle alueelle tulevan äänen kvantit ylittävät eräänlaisen "akustisen tapahtumahorisontin", koska he eivät voi enää poistua siitä. Tutkiessaan mustan aukon akustisen analogin ominaisuuksia asiantuntijat päättelivät, että ne olivat lähellä teoreettisia malleja, jotka viittaavat Hawkingin säteilyn esiintymiseen.
Jo vuonna 2016 tehdyn kokeilun aikana Steinhower ja hänen kollegansa pystyivät osoittamaan, että mustan aukon analogian akustisen tapahtumahorisontin alueella voi syntyä pari takertuneita fononeja, joista yhden hylkivät avaruuteen hitaasti virtaavan Bose-kondensaatin atomit, mikä todella luo Hawkingin säteilyvaikutuksen. Samanaikaisesti toisen parin fononi voi absorboida mustan reiän analogisen nopean kondensaatin vuoksi.
On huomattava, että aiemmin tänä vuonna toinen israelilaisten fyysikkojen ryhmä Weizmann-instituutista, jota johti Ulf Leonhardt, loi oman analoginsa mustasta aukosta, joka käytti kuituoptista tekniikkaa perustana tapahtumahorisonttiin. Sitten tutkijat pitivät samanlaista havaittua tulosta tilastollisena poikkeavuutena. Steinhauer-ryhmän uusi kokeilu kuitenkin osoitti, että näin ei ole. Uuden kokeen tulokset osoittivat jälleen kerran, että yksi fotoni voidaan heittää hypoteettiseen tilaan, kun taas toinen voidaan absorboida hypoteettinen musta reikä. Leonhardt on jo kommentoinut Steinhower-ryhmän menestystä:
Todisteet siitä, että Hawking oli oikeassa, kasvaa, mutta tämä uusi menetelmä analogisen mustan reiän lämpötilan määrittämiseksi voi auttaa ymmärtämään mustan aukon termodynamiikkaa entistä paremmin.
Nikolay Khizhnyak