Powszechnie uważa się, że czarne dziury istniejące we wszechświecie to obiekty o tak silnej grawitacji, że nic, łącznie ze światłem, nie jest w stanie z ich pola grawitacyjnego uciec. Jednak Stephen Hawking, słynny fizyk, który zmarł 3 lata temu, przewidywał, że czarne dziury podobnie jak gwiazdy, muszą emitować „z niczego“ pewien rodzaj promieniowania. Co więcej, to promieniowanie powinno być stałe w czasie. Prognoza słynnego naukowca ma już prawie 50 lat, ale z oczywistych przyczyn nie byliśmy w stanie jej zweryfikować. Ostatnie badania izraelskich uczonych udowadniają jednak, że istnienie „promieniowania Hawkinga“ jest prawdopodobne.
Dźwiękowa czarna dziura
Grupa kierowana przez profesora Jeffa Steinhauera z Wydziału Fizyki w Technion – Israel Institute of Technology postanowiła stworzyć odpowiednik czarnej dziury w laboratorium – coś w rodzaju dźwiękowej czarnej dziury, z której fale dźwiękowe nie mogą uciec. Ma to odwzorowywać prawdziwe czarne dziury, z których nawet światło nie może wydostać się poza horyzont zdarzeń.
Utworzono około 100 000 „czarnych dziur”, każda składająca się z 8 000 atomów rubidu i wielkości jednej dziesiątej milimetra. Eksperyment polegał na obserwowaniu, czy na granicy horyzontu zdarzeń pojawią się fotony – warto zauważyć, że cząstki te miały pojawić się w próżni, czyli z niczego. Jeśli teoria Hawkinga miała się potwierdzić, jeden z fotonów powinien wpaść, a drugi się wydostać z „czarnej dziury”. Izraelscy uczeni posłużyli się fotonami w postaci fal dźwiękowych. Atomy rubidu poruszają się z prędkością wyższą od dźwięku, więc teoretycznie nie powinny wydostać się z „czarnej dziury”. O dziwo, zgodnie z przewidywaniami Stephena Hawkinga, okazało się, że jedna fala fotonów wpadała za horyzont zdarzeń, a drugiej udawało się wydostać.
Promieniowanie z czarnej dziury potwierdzone (w małej skali)
W artykule z 4 stycznia 2021 w Nature Physics naukowcy wykazali, że z dźwiękowej „czarnej dziury” rzeczywiście jest emitowane promieniowanie Hawkinga. Powtórzyli eksperyment 97 000 razy, co odpowiadało 124 dniom ciągłego pomiaru. Co więcej, śledząc promieniowanie Hawkinga przez całe życie sonicznej „czarnej dziury” porównali dane z przewidywaniami dla prawdziwych czarnych dziur. Ku ich zadowoleniu, uzyskali wyniki podobne do oczekiwanych podczas formowania się prawdziwej czarnej dziury.
To oznacza, że przewidywania brytyjskiego fizyka na razie, w małej skali, się potwierdzają. Promieniowanie z czarnej dziury jest stacjonarne i tworzy się „z niczego“. Powtórzenie tego badania na prawdziwych czarnych dziurach nie będzie jednak proste i nie nastąpi zapewne za naszego życia, co nie oznacza, że nauka o wszechświecie stoi w miejscu. Zapraszamy do zapoznania się z artykułami na naszym blogu, na przykład „Eksploracja kosmosu falami elektromagnetycznymi.“
Źródła: Technion – Israel Institute of Technology i Nature Physics