Οι ερευνητές παρατηρούν σταθερή ακτινοβολία Hawking σε αναλογική μαύρη τρύπα

Πίστωση: CC0 Public Domain

Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές του χώρου όπου η βαρύτητα είναι πολύ ισχυρή – τόσο ισχυρή που τίποτα που δεν τους εισέρχεται μπορεί να ξεφύγει, συμπεριλαμβανομένου του φωτός. Οι θεωρητικές προβλέψεις υποδηλώνουν ότι υπάρχει μια ακτίνα γύρω από τις μαύρες τρύπες γνωστές ως ορίζοντας γεγονότων. Μόλις κάτι διασχίσει τον ορίζοντα του γεγονότος, δεν μπορεί πλέον να ξεφύγει από μια μαύρη τρύπα, καθώς η βαρύτητα γίνεται ισχυρότερη καθώς πλησιάζει το κέντρο της.


Ο θεωρητικός φυσικός Stephen Hawking προέβλεψε ότι ενώ τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από μέσα τους, οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν αυθόρμητα μια περιορισμένη ποσότητα φωτός, γνωστή ως Hawking. ακτινοβολία. Σύμφωνα με τις προβλέψεις του, αυτή η ακτινοβολία είναι αυθόρμητη (δηλαδή, προέρχεται από τίποτα) και στάσιμη (δηλαδή, η έντασή της δεν αλλάζει πολύ με την πάροδο του χρόνου).

Ερευνητές στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας-Ισραήλ πραγματοποίησαν πρόσφατα μια μελέτη για τη δοκιμή του Hawking’s θεωρητικές προβλέψεις. Συγκεκριμένα, εξέτασαν εάν το ισοδύναμο της ακτινοβολίας του Hawking σε μια «τεχνητή μαύρη τρύπα» που δημιουργήθηκε σε ένα εργαστήριο ήταν στάσιμο.

“Εάν εισάγετε το ορίζοντας γεγονότων, δεν υπάρχει διέξοδος, ακόμη και για το φως, “είπε ο Jeff Steinhauer, ένας από τους ερευνητές που διεξήγαγαν τη μελέτη, στο Phys.org.” Η ακτινοβολία του Hawking ξεκινά λίγο έξω από την εκδήλωση ορίζοντας, όπου το φως δύσκολα μπορεί να διαφύγει. Είναι πραγματικά περίεργο γιατί δεν υπάρχει τίποτα εκεί. είναι ένας άδειος χώρος. Ωστόσο, αυτή η ακτινοβολία ξεκινά από το τίποτα, φεύγει και πηγαίνει προς τη Γη. “

Η τεχνητή μαύρη τρύπα που δημιούργησε ο Steinhauer και οι συνεργάτες του είχε μήκος περίπου 0,1 χιλιοστά και κατασκευάστηκε από ένα αέριο που αποτελείται από 8.000 άτομα ρουβιδίου, που είναι ένας σχετικά μικρός αριθμός ατόμων. Κάθε φορά που οι ερευνητές έβγαλαν μια φωτογραφία, η μαύρη τρύπα καταστρέφεται. Για να παρατηρήσουν την εξέλιξή του με την πάροδο του χρόνου, έπρεπε λοιπόν να παράγουν τη μαύρη τρύπα, να την τραβήξουν και να δημιουργήσουν μια άλλη. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε αρκετές φορές, για μήνες.

Οι ερευνητές παρατηρούν σταθερή ακτινοβολία Hawking σε αναλογική μαύρη τρύπα

Η αναλογική μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε από ερευνητές. Πίστωση: Kolobov et al.

Η ακτινοβολία Hawking που εκπέμπεται από αυτήν την αναλογική μαύρη τρύπα αποτελείται από ηχητικά κύματα και όχι από φωτεινά κύματα. Τα άτομα του ρουβιδίου ρέουν γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου, οπότε τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να φτάσουν στον ορίζοντα του συμβάντος και να ξεφύγουν από τη μαύρη τρύπα. Εκτός του ορίζοντα του γεγονότος, ωστόσο, το αέριο ρέει αργά, έτσι ώστε τα ηχητικά κύματα να μπορούν να κινούνται ελεύθερα.

“Το Rubidium ρέει γρήγορα, γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου, και αυτό σημαίνει ότι ο ήχος δεν μπορεί να βγει στον κόκκο”, εξήγησε ο Steinhauer. «Ας πούμε ότι προσπαθούσατε να κολυμπήσετε ενάντια στο ρεύμα. Εάν αυτό το ρεύμα πηγαίνει πιο γρήγορα από ό, τι μπορείτε να κολυμπήσετε, τότε δεν μπορείτε να προχωρήσετε προς τα εμπρός, ωθείτε πίσω γιατί η ροή κινείται πολύ γρήγορα και προς την αντίθετη κατεύθυνση, έτσι εσείς εγώ Είμαι κολλημένος. Αυτό θα ήταν να κολλάς σε μια μαύρη τρύπα και να προσπαθείς να φτάσεις στον ορίζοντα του γεγονότος από μέσα. “

Σύμφωνα με τις προβλέψεις του Hawking, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις μαύρες τρύπες είναι αυθόρμητη. Σε μια από τις προηγούμενες μελέτες τους, ο Steinhauer και οι συνάδελφοί του κατάφεραν να επιβεβαιώσουν αυτήν την πρόβλεψη στην τεχνητή μαύρη τρύπα τους. Στη νέα τους μελέτη, διερεύνησαν εάν η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τη μαύρη τρύπα τους είναι επίσης στάσιμη (δηλαδή, εάν παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου).

“Μια μαύρη τρύπα υποτίθεται ότι ακτινοβολεί σαν ένα μαύρο σώμα, το οποίο είναι ουσιαστικά ένα καυτό αντικείμενο που εκπέμπει σταθερή υπέρυθρη ακτινοβολία (δηλ. Ακτινοβολία μαύρου σώματος)”, δήλωσε ο Steinhauer. “Ο Hawking πρότεινε ότι οι μαύρες τρύπες είναι σαν κανονικά αστέρια, τα οποία εκπέμπουν συνεχώς κάποιο είδος ακτινοβολίας. Αυτό θέλαμε να επιβεβαιώσουμε στη μελέτη μας και το κάναμε.”

Η ακτινοβολία Hawking αποτελείται από ζεύγη φωτονίων (δηλαδή ελαφριά σωματίδια): το ένα αναδύεται από μια μαύρη τρύπα και το άλλο πέφτει πίσω σε αυτήν. Προσπαθώντας να εντοπίσει την ακτινοβολία Hawking που εκπέμπεται από την αναλογική μαύρη τρύπα που δημιούργησαν, ο Steinhauer και οι συνάδελφοί του έψαξαν συνεπώς ζευγάρια παρόμοιων ηχητικών κυμάτων, το ένα εξέρχεται από τη μαύρη τρύπα και το άλλο κινείται σε αυτήν. Μόλις προσδιορίσουν αυτά τα ζεύγη ηχητικά κύματα, οι ερευνητές προσπάθησαν να προσδιορίσουν εάν υπήρχαν οι λεγόμενες συσχετίσεις μεταξύ τους.

«Πρέπει να έχουμε συλλέξει πολλά δεδομένα για να δούμε αυτούς τους συσχετισμούς», δήλωσε ο Steinhauer. “Λάβαμε λοιπόν 97.000 επαναλήψεις του πειράματος, για συνολικά 124 ημέρες συνεχούς μέτρησης.”

Συνολικά, τα αποτελέσματα φαίνεται να επιβεβαιώνουν ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις μαύρες τρύπες είναι στάσιμη, όπως προβλέπει ο Hawking. Ενώ αυτά τα αποτελέσματα ισχύουν κυρίως για την αναλογική μαύρη τρύπα που δημιούργησαν, θεωρητικές μελέτες θα μπορούσε να σας βοηθήσει να επιβεβαιώσετε εάν μπορούν επίσης να εφαρμοστούν σε πραγματικές μαύρες τρύπες.

“Η μελέτη μας εγείρει επίσης σημαντικά ερωτήματα, επειδή παρατηρήσαμε ολόκληρη τη διάρκεια της αναλογικής μαύρης τρύπας, πράγμα που σημαίνει ότι είδαμε επίσης πώς ξεκίνησε η ακτινοβολία Hawking”, δήλωσε ο Steinhauer. “Σε μελλοντικές μελέτες, θα μπορούσαμε να προσπαθήσουμε να συγκρίνουμε τα αποτελέσματά μας με προβλέψεις για το τι θα συνέβαινε σε μια πραγματική μαύρη τρύπα, για να δούμε αν η« πραγματική »ακτινοβολία Hawking ξεκινά από το μηδέν και στη συνέχεια συσσωρεύεται, όπως έχουμε παρατηρήσει.

Σε ένα σημείο κατά τη διάρκεια των πειραμάτων των ερευνητών, η ακτινοβολία που περιβάλλει την αναλογική μαύρη τρύπα τους έγινε πολύ δυνατή, καθώς η μαύρη τρύπα σχημάτισε αυτό που ονομάζεται «εσωτερικός ορίζοντας» Εκτός από τον ορίζοντα γεγονότων, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει την ύπαρξη ενός εσωτερικού ορίζοντα, μιας εσωτερικής ακτίνας μαύρες τρύπες που οριοθετεί μια άλλη περιοχή πιο κοντά στο κέντρο της.

Στην περιοχή εντός του εσωτερικού ορίζοντα, η βαρυτική έλξη είναι πολύ ασθενέστερη, έτσι τα αντικείμενα μπορούν να κινούνται ελεύθερα και δεν προσελκύονται πλέον στο κέντρο της μαύρης τρύπας. Ωστόσο, εξακολουθούν να μην μπορούν να εγκαταλείψουν τη μαύρη τρύπα, καθώς δεν μπορούν να διασχίσουν τον εσωτερικό ορίζοντα προς την αντίθετη κατεύθυνση (δηλαδή να κατευθυνθούν προς τον ορίζοντα γεγονότων).

«Ουσιαστικά, ο ορίζοντας συμβάντων είναι η εξωτερική σφαίρα μιας μαύρης τρύπας, και στο εσωτερικό της υπάρχει μια μικρή σφαίρα που ονομάζεται εσωτερικός ορίζοντας», δήλωσε ο Steinhauer. «Αν πέσεις μέσα από τον εσωτερικό ορίζοντα τότε είσαι ακόμα κολλημένος στη μαύρη τρύπα, αλλά τουλάχιστον δεν νιώθεις την παράξενη φυσική κατάσταση να είσαι σε μια μαύρη τρύπα. Θα ήσουν σε ένα πιο« κανονικό »περιβάλλον, επειδή το τράβηγμα της βαρύτητας θα ήταν πιο αδύναμο, οπότε δεν θα το νιώθατε πλέον

Μερικοί φυσικοί έχουν προβλέψει ότι όταν μια αναλογική μαύρη τρύπα σχηματίζει έναν εσωτερικό ορίζοντα, η ακτινοβολία που εκπέμπει γίνεται ισχυρότερη. Είναι ενδιαφέρον, αυτό ακριβώς συνέβη στην αναλογική μαύρη τρύπα που δημιούργησαν οι ερευνητές του Technion. Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να εμπνεύσει άλλους φυσικούς να μελετήσουν την επίδραση του σχηματισμού ενός εσωτερικού ορίζοντα στην ένταση της ακτινοβολίας Hawking μιας μαύρης τρύπας.


Ο ερευνητής επινοεί έναν νέο τρόπο για να μιμείται την ακτινοβολία Hawking στο εργαστήριο


Περισσότερες πληροφορίες:
Παρατήρηση της σταθερής αυθόρμητης ακτινοβολίας Hawking και της χρονικής εξέλιξης μιας αναλογικής μαύρης τρύπας. Φυσική της φύσης(2021). DOI: 10.1038 / s41567-020-01076-0

© Science X Network 2021

Παραθέτω, αναφορά: Οι ερευνητές παρατηρούν τη στάσιμη ακτινοβολία Hawking σε αναλογική μαύρη τρύπα (2021, 19 Φεβρουαρίου) που ανακτήθηκε στις 19 Φεβρουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-02-stationary-hawking-analog-black-hole. Html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για πληροφορίες.

READ  Ο ιολόγος μίλησε για τον αντίκτυπο του παγώματος στην πανδημία κοροναϊού στη Ρωσία: Πολιτική: Ρωσία: Lenta.ru

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *