Laboratorně vytvořený analog černé díry poskytl nové nepřímé důkazy o tom, že tyto záhadné kosmické objekty emitují plynné proudy nabitých částic. Fyzici tvrdí, že analog černé díry, kterou vytvořili, má teplotu, která je předpokladem pro záření stejného jména, předpovídal Stephen Hawking.
Černé díry nevydávají nic. Nebo to vyzařuje?
Podle obecné relativity (GR) nemůže černé díře uniknout nic. Jejich gravitační síla je tak velká, že ani světlo, nejrychlejší věc ve vesmíru, není schopno vyvinout dostatečnou rychlost, aby se vymanilo z jeho vlivu. Podle obecné relativity tedy černé díry nemohou emitovat žádný druh elektromagnetického záření.
Hawkingova teorie z roku 1974 však navrhla, že pokud by se k otázce přidala pravidla kvantové mechaniky, černé díry by skutečně mohly něco vyzařovat. Jde o teoretický typ elektromagnetického záření pojmenovaného po samotném Hawkingovi.
Toto hypotetické záření se podobá záření černého těla generovaného teplotou černé díry, která je nepřímo úměrná jeho hmotnosti. Vědci to zatím nenašli přímo. První skutečné fotografie černé díry byly pořízeny v poslední době, takže vše je stále před námi. Fyzici se nicméně domnívají, že toto záření, pokud existuje, by bylo příliš slabé na to, aby se našlo s našimi moderními vědeckými nástroji.
Měření teploty černé díry je také náročné. Černá díra s hmotností Slunce bude mít teplotu pouze 60 nanokelvinů. Kosmické mikrovlnné záření v pozadí, které absorbuje, bude mnohem vyšší než Hawkingovo záření, které by vyzařovalo. Čím větší je velikost černé díry, tím nižší bude její teplota.
Aby otestovali Hawkingovu hypotézu, provedli fyzici z Izraelské technické univerzity experiment s nejbližším „analogem“černé díry, který byl dosud v laboratorních podmínkách úspěšně vytvořen.
Propagační video:
Je Hawkingovo záření skutečné?
Byl vynalezen izraelským fyzikem Jeffem Steinhowerem v roce 2016 a je to Boseův kondenzát studených atomů rubidia (ochlazený na téměř absolutní nulu), v jedné z oblastí, ve které se atomy pohybují nadzvukovou rychlostí, a ve druhé se pohybují velmi pomalu. Při svém pohybu kondenzát vytváří tzv. Akustickou černou díru, která místo světla (fotony) zachycuje zvuk (fonony). Kvanta zvuku vstupující do této oblasti překračuje určitý druh „horizontu akustických událostí“, protože ji již nemohou opustit. Při studiu charakteristik akustického analogu černé díry dospěli odborníci k závěru, že se blíží teoretickým modelům naznačujícím přítomnost Hawkingova záření.
Dokonce i během experimentu v roce 2016 byli Steinhauer a jeho kolegové schopni prokázat, že v oblasti horizontu akustické události jejich analogie černé díry může vzniknout dvojice zapletených fononů, z nichž jeden je odpuzován atomy pomalu tekoucího Boseova kondenzátu do vesmíru, což ve skutečnosti vytváří Hawkingův radiační efekt. Současně lze pomocí vysokorychlostního kondenzátu absorbovat další fonon páru analogem černé díry.
Je třeba poznamenat, že začátkem tohoto roku vytvořila další skupina izraelských fyziků z Weizmann Institute, vedená Ulfem Leonhardtem, svůj vlastní analog černé díry, která jako základ pro horizont událostí použila technologii optických vláken. Vědci pak považovali podobný pozorovaný výsledek za statistickou anomálii. Nový experiment skupiny Steinhauer však dokázal, že tomu tak není. Výsledek nového experimentu znovu ukázal, že jeden foton může být vržen do hypotetického prostoru, zatímco druhý může být absorbován hypotetickou černou dírou. Leonhardt již komentoval úspěch skupiny Steinhower:
Důkaz, že Hawking měl pravdu, roste, ale tato nová metoda pro stanovení teploty analogové černé díry by mohla pomoci získat hlubší pochopení termodynamiky černé díry.
Nikolay Khizhnyak