Створений в лабораторії аналог чорної діри надав новий непрямий доказ того, що ці таємничі космічні об’єкти дійсно випромінюють газові потоки заряджених частинок.
Про це повідомляє портал Science Alert, який посилається на нове наукове дослідження, опубліковане в журналі Nature.
Фізики стверджують, що створений ними аналог чорної діри має температуру, яка є необхідною передумовою для однойменного випромінювання, передбаченого Стівеном Хокінгом.
Чорні діри нічого не випромінюють. Або все-таки випромінюють?
Відповідно до загальної теорії відносності (ЗТВ), ніщо не здатне уникнути чорної діри. Їх гравітаційна сила настільки велика, що навіть світло, найшвидша річ у Всесвіті, не здатне розвинути достатню швидкість для того щоб вирватися за межі її впливу. Таким чином, згідно з ОТО, чорні діри не можуть випускати електромагнітного випромінювання.
Проте, запропонована в 1974 році Хокінгом теорія говорила про те, що якщо до питання додати правила квантової механіки, то чорні діри дійсно можуть щось випромінювати. Це теоретичний тип електромагнітного випромінювання, названого в честь самого Хокінга.
Дане гіпотетичне випромінювання нагадує випромінювання чорного тіла, що створюється температурою чорної діри, яка обернено пропорційна її масі. Виявити його безпосередньо вченим поки не вдалося. Нещодавно були отримані перші справжні знімки чорної діри, тому ще все попереду. Проте, фізики вважають, що це випромінювання, якщо і існує, то було б занадто слабким, щоб його можна було знайти за допомогою наших сучасних наукових приладів.
Вимірювати температуру чорної діри – теж непросте завдання. Чорна діра з масою Сонця матиме температуру всього 60 нанокельвінів. Космічне мікрохвильове фонове випромінювання, яке вона буде поглинати, буде набагато вищим, ніж випромінювання Хокінга, яке вона б випускала. При цьому, чим більшим буде розмір чорної діри, тим меншою буде її температура.
Щоб перевірити припущення Хокінга, фізики з Ізраїльського технічного університету провели експеримент з найближчим «аналогом» чорної діри, який на сьогоднішній день вдалося створити в лабораторних умовах.
Випромінювання Хокінга реальне?
Він був винайдений ізраїльським фізиком Джеффом Штейнхауером в 2016 році і являє собою бозе-конденсат холодних атомів рубідію (охолоджених майже до температури абсолютного нуля), в одній з областей якого атоми рухаються з надзвуковою швидкістю, а в інший рухаються дуже повільно. При русі конденсат створює так звану акустичну чорну діру, яка вловлює звук (фонони) замість світла (фотонів). Кванти звуку, що потрапляють в цю область, перетинають свого роду «акустичний горизонт подій», оскільки вже не можуть її покинути. Вивчаючи характеристики акустичного аналога чорної діри, фахівці прийшли до висновку, що вони були близькі до теоретичних моделей, які передбачають наявність випромінювання Хокінга.
Ще в ході експерименту в 2016 році Штейнхауер зі своїми колегами змогли продемонструвати, що в області акустичного горизонту подій їх аналога чорної діри можуть виникати декілька заплутаних фононів, один з яких відштовхується від нього атомами повільно поточного бозе-конденсату в простір, створюючи фактично ефект випромінювання Хокінга. У той же час інший фонон пари може поглинатися аналогом чорної діри за рахунок високошвидкісного конденсату.
Слід зазначити, що на початку цього року інша група ізраїльських фізиків з Інституту Вейцмана під керівництвом Ульфа Леонхардта створила свій аналог чорної діри, де в якості бази для горизонту подій використовувалися технології оптоволокна. Тоді вчені вважали аналогічний спостережуваний результат статистичною аномалією. Однак новий експеримент групи Штейнхауера довів, що це не так. Результат нового експерименту ще раз показав, що один фотон може викинутися в гіпотетичний простір, а інший поглинатися гіпотетичною чорною дірою. Леонхардт вже встиг прокоментувати успіх групи Штейнхауера:
«Я вітаю Джефа з таким результатом. Це дуже важливий крок для всього нашого наукового співтовариства. Це те, чим дійсно варто пишатися», – зазначив вчений у статті журналу Physics World.
«Головним нововведенням роботи вчених є продумана схема виявлення, яку вони використовують для вилучення температури випускається випромінювання. Отриманий ними результат з використанням квантового симулятора надає перший доказ існування випромінювання Хокінга», – прокоментував результат роботи ізраїльських вчених математик Ноттінгемського університету Сильке Вайнфуртнер.
Докази того, що Хокінг був правий, ростуть, але цей новий метод визначення температури аналогової чорної діри може допомогти отримати більш глибоке розуміння термодинаміки чорної діри.
