Hawking-sugárzás

A probléma ezzel a teoretikus sugárzással az, hogy még soha egyetlen csillagász sem figyelte meg, és mivel az előrejelzések szerint nagyon halvány fénysugárról van csupán szó, lehetséges, hogy soha nem is fogják észlelni. A tudósok azonban nem adták fel és mesterséges fekete lyukakat hoztak létre a laborokban, pontosabban a Technion-Izrael Műszaki Intézetben. 

Vagy legalábbis egy “analóg fekete lyuknak” nevezett valamit. Az analóg fekete lyuk néhány ezer atomból állt, és segítségével megpróbálták megerősíteni Hawking két legfontosabb jóslatát, miszerint a Hawking-sugárzás a “semmiből” származik, és az intenzitása az idő múlásával nem változik, vagyis állandó.

"Egy fekete lyuk az elmélet szerint úgy sugárzik mint egy fekete test, mely lényegében egy olyan forró objektum, ami állandó infravörös sugárzást bocsát ki. Hawking úgy gondolta, hogy a fekete lyukak épp olyanok, mint a többi csillag, melyek állandóan egy bizonyos típusú sugárzást bocsátanak ki. Ezt szerettük volna megerősíteni kutatásunkkal, és meg is tettük" - mondta Jeff Steinhauer a tanulmány társszerzője, a Technion-Israel Institute of Technology fizika docense.

Eseményhorizont

A fekete lyukak gravitációja olyan hatalmas, hogy még a fény sem szabadulhat ki belőlük, ha egy foton, a  fény részecskéje átlép azon a ponton, amit eseményhorizontnak neveznek. Ahhoz, hogy elkerülje ezt a határt, a részecskének meg kellene sértenie a fizika törvényeit, és gyorsabban kellene haladnia a fénysebességnél.

Hawking kimutatta, hogy bár semmi sem képes többé szabadulni, ami átlépte az eseményhorizontot, a fekete lyukak mégis képesek lehetnek spontán fényt sugározni a határról, a kvantummechanikának és az úgynevezett "virtuális részecskéknek" köszönhetően. 

Ahogy a Heisenberg-féle határozatlansági elv kimondja, még az űr vákuumában is hemzsegnek a semmiből a létezésben megjelenő, és onnan kikerülő, vagyis eltűnő „virtuális” részecskepárok. Ezek az ellentétes energiájú, röpke életű részecskék általában szinte azonnal megsemmisítik egymást. 

Egyre több tudós szerint léteznek a misztikus féreglyukak A féreglyukak a téridő távoli pontjait összekötő elméleti hidak, melyek az utóbbi időben mintha gyorsuló sebességgel kerülnének át a tudományos fantasztikum területéről a tudományos kutatások fókuszába.

Az eseményhorizonton fellépő rendkívüli gravitációs vonzás miatt azonban Hawking feltételezte, hogy az ilyen fotonpárokat elkülönítheti maga az eseményhorizont, miközben az egyik részecskét elnyeli a fekete lyuk, a másik pedig elmenekülhet a világűrbe. Az elnyelt foton negatív energiával rendelkezik, és tömeg formájában kivonja ezt az energiát a fekete lyukból, a megszökött foton pedig az emlegetett Hawking-sugárzássá válik. 

Csak ettől az egyetlen folyamattól, elegendő idő birtokában - a világegyetem koránál jóval hosszabb időről beszélünk -  akár teljesen el is párologhat egy fekete lyuk .

A probléma arra inspirálta Steinhauert és kollégáit, hogy saját fekete lyukakat alkossanak, állításuk szerint biztonságos módon sokkal kisebb méretben, mint amit a világűrben láthatunk.

Csináld magad fekete lyuk

A kutatók által laboratóriumi körülmények között létrehozott fekete lyuk, egy körülbelül 8000 rubídiumatomból álló áramló gáz volt, amelyet az abszolút nulla fok közelébe hűtöttek és egy lézersugárral tartottak egy helyben. Létrejött az anyag Bose-Einstein kondenzátumként (BEC) ismert állapota, ami lehetővé teszi az atomok ezreinek oly módon történő együttes működését, mintha egyetlen atomot alkotnának. 

Egy második lézersugár segítségével a csapat nagy mennyiségű energiát közölt a rendszerrel, melynek hatására a gáz áramlása egy vízesésen lezuhanó vízéhez vált hasonlatossá, létrehozva olyan egy eseményhorizontot, melynek egyik oldalán a gáz gyorsabban áramlott a hangsebességnél, a másik oldalán pedig lassabban. A kísérletben a csapat a gázban spontán képződő fotonpárok helyett fononpárokat vagy kvantumhanghullámokat keresett. 

97 ezer kísérlet

“Az áramlás lassabb oldalán lévő fonon képes volt a gázáramlással szemben haladni, távolodva az energiasugár belépési pontjától, míg a gyorsabb oldalon lévő fonont csapdába ejtette a szuperszonikus sebességgel áramló gáz. Olyan az egész, mintha megpróbálnánk egy olyan áramlat ellenében úszni, mely gyorsabb, mint amennyire gyorsan úszni tudunk. Ez épp olyan, mint egy fekete lyuk belsejében lenni, ha bent vagyunk, lehetetlen elérni az eseményhorizontot" - magyarázta el Steinhauer.

Miután megtalálták ezeket a fononpárokat, a kutatóknak még meg kellett erősíteniük, hogy korrelálnak-e egymással, és hogy a Hawking-sugárzás állandó maradt-e az idő múlásával. Ez a folyamat bonyolult volt, mert minden alkalommal, amikor egy fényképet készítettek a kísérletről, a folyamat során keletkezett hő megsemmisítette azt.

A csapat 97 ezerszer ismételte meg a kísérletet, a több mint 124 napig folyamatosan tartó mérés során, hogy felfedezzék az összefüggéseket. A türelmük végül kifizetődött.

"Megmutattuk, hogy a Hawking-sugárzás állandó, vagyis nem változik az idő múlásával, és ez pontosan az, amit Hawking megjósolt” - mondta Steinhauer. A kutatók eredményei január 4-én jelentek meg a Nature Physics folyóiratban.

(Forrás: Phys Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Teljes galaxis méretű fekete lyukak is létezhetnek egy új elmélet szerint A tudósok szerint létezhetnek teljes galaxis méretű fekete lyukak, melyek egyszersmind egy másik nagy rejtélyt is megoldhatnának.

A fekete lyukakban talán ősi, összeomlott univerzumok lehetnek Egy új elmélet szerint olyan apró ősi fekete lyukak alkothatják a sötét anyagot, melyek a világegyetem keletkezésének idején jöttek létre, és apró, összeomlott univerzumokat tartalmazhatnak.

Elméletileg létrehozható egy fekete lyuk keltette mágneses mező itt a Földön Egy új kutatás eredményei szerint a Földön is képesek lehetünk olyan erős mágneses mezőket létrehozni, melyeket eddig csak a fekete lyukaknál vagy neutroncsillagoknál észleltünk. Ezek szinte elképzelhetetlenül hatalmas erejű mágneses mezők lennének.