Μπορεί να μετρηθεί η ακτινοβολία των μαύρων τρυπών;

Posted on 13/10/2014

0


Διαβάστε επίσης: Has Hawking radiation been measured? Yes…

black hole _radiation1O Stephen Hawking το 1974 διατύπωσε τη θεωρία ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι απόλυτα μαύρες, αλλά εκπέμπουν συνεχώς μια αμυδρή ακτινοβολία. Με λίγα λόγια ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι οι διακυμάνσεις του κενού κοντά στον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας παράγουν ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων. Το ένα από αυτά πέφτει μέσα στην τρύπα ενώ το άλλο διαφεύγει.

Δεδομένου ότι το σωματίδιο που διαφεύγει έχει ενέργεια, συνεπάγεται ότι η μαύρη τρύπα θα χάνει ενέργεια. H διαδικασία αυτή αντιστοιχεί σε θερμοκρασία μέλανος σώματος που είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα της μαύρης τρύπας. Η θερμοκρασία αυτή είναι τόσο μικρή – της τάξης των 100 nK για μια ηλιακή μάζα – οπότε είναι δύσκολο να παρατηρηθεί άμεσα.

Μια εναλλακτική λύση για τη μελέτη της ακτινοβολίας Hawking είναι η προσομοίωση του φαινομένου στο εργαστήριο. Ο Jeff Steinhauer, ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Technion-Israel στη Χάιφα του Ισραήλ, δημιούργησε ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας το οποίο παγιδεύει ηχητικά κύματα αντί για φως.
Η ομάδα του Steinhauer πάγωσε άτομα ρουβιδίου κοντά στο απόλυτο μηδέν για να δημιουργήσει ένα «συμπύκνωμα Bose-Einstein», μια κατάσταση της ύλης στην οποία πολλά άτομα, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, συμπεριφέρονται συλλογικά σαν ένα άτομο.

Χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ, οι ερευνητές επιτάχυναν ένα μέρος του συμπυκνώματος πέρα από την ταχύτητα του ήχου. Αυτό σημαίνει ότι όσα ηχητικά κύματα ταξίδευαν μέσα στο συμπύκνωμα αντίθετα από την κατεύθυνση κίνησής του θα παγιδεύονταν στο εσωτερικό του ακριβώς όπως θα παγιδευόταν το φως από μια μαύρη τρύπα.
Το συμπύκνωμα γίνεται έτσι ανάλογο του «ορίζοντα γεγονότων» γύρω από μια μαύρη τρύπα, το όριο πέρα από το οποίο δεν υπάρχει δυνατότητα επιστροφής.

Όπως το κενό βρίθει από ζευγάρια εικονικών σωματιδίων, ζευγάρια ηχητικών κυμάτων εμφανίζονται μέσα στην πειραματική διάταξη λόγω κβαντικών φαινομένων. Τα κύματα αυτά κανονικά αλληλοεξουδετερώνονται, ενίοτε όμως το ένα κύμα παγιδεύεται στον ορίζοντα των γεγονότων ενώ το δεύτερο είναι ελεύθερο να συνεχίσει την πορεία του.
Το πρόβλημα όμως είναι ότι τα κύματα αυτά είναι πολύ αμυδρά και πρέπει να ενισχυθούν προκειμένου να καταγραφούν. Για να γίνει αυτό οι ερευνητές δημιούργησαν έναν δεύτερο ορίζοντα γεγονότων τον οποίο δεν μπορούσαν να διαπεράσουν τα ηχητικά κύματα. Αυτό ανάγκασε τα κύματα να αναπηδούν συνεχώς από τον ένα ορίζοντα στον άλλο, πυροδοτώντας τη γέννηση νέων ζευγαριών κυμάτων και ενισχύοντας το σήμα του πειράματος μέχρι να φτάσει σε μετρήσιμα επίπεδα.

Παραμένει ωστόσο ασαφές αν το μοντέλο που δημιούργησαν οι ερευνητές προσομοιώνει με ακρίβεια τη συμπεριφορά μιας πραγματικής μαύρης τρύπας.

Η εικόνα θα μπορούσε να γίνει πιο σαφής αν η ερευνητική ομάδα καταφέρει να καταγράψει το ανάλογο της ακτινοβολίας Hawking χωρίς να χρησιμοποιήσει έναν δεύτερο ορίζοντα των γεγονότων.

Δεδομένου όμως ότι η ακτινοβολία Hawking από τις μαύρες τρύπες θεωρείται πρακτικά αδύνατο να καταγραφεί άμεσα με τις σημερινές τεχνολογίες, τα εργαστηριακά ανάλογα των μελανών οπών μάλλον θα παραμείνουν για καιρό το βασικό εργαλείο για τη μελέτη τους.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο Nature Physics (arxiv.org)

in.gr – phys.org