Wetenschappers van de Universiteit van Nottingham hebben een grote sprong voorwaarts gemaakt in het begrijpen van de werking van een van de mysteries van het universum. Ze hebben met succes de omstandigheden rond zwarte gaten gesimuleerd met behulp van een speciaal ontworpen waterbad.

Hun bevindingen werpen een nieuw licht op de fysica van zwarte gaten met het eerste laboratoriumbewijs van het fenomeen dat bekend staat als de superradiantie, bereikt met behulp van water en een generator om golven te creëren.

Het onderzoek - Rotationele superradiantverstrooiing in een vortexstroom - is gepubliceerd in: Natuurfysica . Het werd uitgevoerd door een team in het Quantum Gravity Laboratory van de School of Physics and Astronomy.

Het werk werd geleid door Silke Weinfurtner van de School of Mathematical Sciences. In samenwerking met een interdisciplinair team ontwierp en bouwde ze het zwarte gat 'bad' en meetsysteem om zwart gat omstandigheden te simuleren.

Dr. Weinfurtner zei:"Dit onderzoek was bijzonder opwindend om aan te werken omdat het de expertise van natuurkundigen heeft samengebracht, ingenieurs en technici om ons gemeenschappelijke doel te bereiken om de omstandigheden van een zwart gat te simuleren en te bewijzen dat superieur bestaat. We geloven dat onze resultaten verder onderzoek naar de waarneming van superradiantie in de astrofysica zullen motiveren."

Wat is superradiantie?

Het Nottingham-experiment was gebaseerd op de theorie dat een gebied direct buiten de waarnemingshorizon van een roterend zwart gat - het zwaartekrachtspunt van een zwart gat dat niet meer terugkomt - zal worden meegesleurd door de rotatie en elke golf die dit gebied binnenkomt, maar dwaalt niet voorbij de waarnemingshorizon, moet worden afgebogen en met meer energie naar buiten komen dan het op de weg naar binnen heeft gedragen - een effect dat bekend staat als superradiance.

Superadiance - de winning van energie uit een roterend zwart gat - staat ook bekend als het Penrose-mechanisme en is een voorloper van Hawking Radiation - een kwantumversie van superradiance van een zwart gat.

Wat zit er in het Black Hole Lab?

Dr. Weinfurtner zei:"Sommige van de bizzare verschijnselen van zwarte gaten zijn moeilijk, als niet, niet direct studeren. Dit betekent dat er zeer beperkte experimentele mogelijkheden zijn. Dus dit onderzoek is een hele prestatie."

De 'goot', is speciaal ontworpen 3m lang, 1,5 m breed en 50 cm diep bad met een gat in het midden. Water wordt in een gesloten circuit gepompt om een ​​roterende afvoerstroom tot stand te brengen. Eenmaal op de gewenste diepte werden golven gegenereerd met verschillende frequenties totdat het superradiante verstrooiingseffect wordt gecreëerd en geregistreerd met behulp van een speciaal ontworpen 3D-luchtvloeistofinterfacesensor.

Met een speciaal aangepaste naaimachine werden kleine puntjes wit papier uitgestanst om het stromingsveld te meten - de snelheid van de vloeistofstroom rond het analoge zwarte gat.

Het begon allemaal met een bescheiden begin

Aan dit onderzoek is vele jaren gewerkt. Het oorspronkelijke idee voor het creëren van een superstralend effect met water begon met een emmer en bidet. Dr. Weinfurtner zei:"Dit onderzoek is vanaf een bescheiden begin gegroeid. Ik had het eerste idee voor een experiment op waterbasis toen ik aan de International School for Advanced Studies (SISSA) in Italië zat en ik zette een experiment op met een emmer en een bidet . Echter, toen het een overstroming veroorzaakte, werd ik snel een laboratorium gevonden om in te werken!

Na haar postdoc, Dr. Weinfurtner ging verder met Bill Unruh, de in Canada geboren natuurkundige die ook een baanbrekende bijdrage heeft geleverd aan ons begrip van zwaartekracht, zwarte gaten, kosmologie, kwantumvelden in gekromde ruimten, en de fundamenten van de kwantummechanica, inclusief de ontdekking van het Unruh-effect.

Haar verhuizing naar de Universiteit van Nottingham versnelde haar onderzoek omdat ze haar eigen onderzoeksgroep kon opzetten met steun van de machinewerkplaats in de School of Physics and Astronomy.