Wetenschappers hebben nieuwe inzichten in het gedrag van zwarte gaten onthuld met onderzoek dat aantoont hoe een fenomeen genaamd terugreactie kan worden gesimuleerd.

Het team van de Universiteit van Nottingham heeft hun simulatie van een zwart gat gebruikt, met een speciaal ontworpen watertank, voor dit laatste onderzoek gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven . Deze studie is de eerste die aantoont dat de evolutie van zwarte gaten als gevolg van de velden eromheen kan worden gesimuleerd in een laboratoriumexperiment.

De onderzoekers gebruikten een watertanksimulator bestaande uit een drainerende vortex, zoals degene die ontstaat als je de stekker uit het bad trekt. Dit bootst een zwart gat na, aangezien een golf die te dicht bij de afvoer komt, door het pluggat wordt gesleept. niet kunnen ontsnappen. Dergelijke systemen zijn de afgelopen tien jaar steeds populairder geworden als middel om zwaartekrachtverschijnselen te testen in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Vooral, Hawking-straling is waargenomen in een analoog zwart-gat-experiment met kwantumoptica.

Met behulp van deze techniek toonden de onderzoekers voor het eerst aan dat wanneer golven in een analoog zwart gat worden gestuurd, de eigenschappen van het zwarte gat zelf kunnen aanzienlijk veranderen. Het mechanisme dat aan dit effect ten grondslag ligt in hun specifieke experiment heeft een opmerkelijk eenvoudige verklaring. Wanneer golven dicht bij de afvoer komen, ze duwen effectief meer water door het pluggat, waardoor de totale hoeveelheid water in de tank afneemt. Hierdoor verandert de waterhoogte, die in de simulatie overeenkomt met een verandering in de eigenschappen van het zwarte gat.

Hoofdauteur, Postdoctoraal onderzoeker Dr. Sam Patrick van de University of Nottingham School of Mathematical Sciences legt uit:"Lange tijd, het was onduidelijk of de terugreactie zou leiden tot meetbare veranderingen in analoge systemen waar de vloeistofstroom wordt aangedreven, bijvoorbeeld, met behulp van een waterpomp. We hebben aangetoond dat analoge zwarte gaten, zoals hun zwaartekracht tegenhangers, zijn intrinsiek terugwerkende systemen. We toonden aan dat golven die in een leeglopende badkuip bewegen water door het pluggat duwen, de afvoersnelheid aanzienlijk wijzigen en bijgevolg de effectieve zwaartekracht van het analoge zwarte gat veranderen.

Wat voor ons echt opviel, is dat de terugreactie groot genoeg is dat de waterhoogte over het hele systeem zo veel daalt dat je het met het oog kunt zien! Dit was echt onverwacht. Onze studie baant de weg voor het experimenteel onderzoeken van interacties tussen golven en de ruimtetijden waar ze doorheen bewegen. Bijvoorbeeld, dit soort interactie zal cruciaal zijn voor het onderzoeken van de verdamping van zwarte gaten in het laboratorium."

Onderzoek naar zwarte gaten aan de Universiteit van Nottingham heeft onlangs een subsidie ​​van £ 4,3 miljoen ontvangen voor een driejarig project dat tot doel heeft meer inzicht te verschaffen in de fysica van het vroege universum en zwarte gaten.

Het onderzoeksteam zal kwantumsimulators gebruiken om de extreme omstandigheden van het vroege heelal en zwarte gaten na te bootsen. Het team van Nottingham zal een nieuw staatslaboratorium gebruiken om een ​​nieuw hybride superfluïde optomechanisch systeem op te zetten om kwantumzwartgatprocessen in het laboratorium na te bootsen.