Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waar de zwaartekracht erg sterk is - zo sterk dat niets dat erin komt kan ontsnappen, inclusief licht. Theoretische voorspellingen suggereren dat er een straal is rond zwarte gaten die bekend staat als de gebeurtenishorizon. Zodra iets de gebeurtenishorizon passeert, het kan niet langer ontsnappen aan een zwart gat, naarmate de zwaartekracht sterker wordt naarmate het zijn middelpunt nadert.

Theoretisch natuurkundige Stephen Hawking voorspelde dat hoewel niets uit hen kan ontsnappen, zwarte gaten zenden spontaan een beperkte hoeveelheid licht uit, die bekend staat als Hawking-straling. Volgens zijn voorspellingen deze straling is spontaan (d.w.z. het komt voort uit het niets) en stationair (d.w.z. de intensiteit verandert niet veel in de tijd).

Onderzoekers van Technion-Israël Institute of Technology hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd om de theoretische voorspellingen van Hawking te testen. Specifieker, ze onderzochten of het equivalent van Hawking-straling in een "kunstmatig zwart gat", gecreëerd in een laboratoriumomgeving, stationair was.

"Als je binnen de gebeurtenishorizon gaat, er is geen manier om eruit te komen, zelfs voor licht, "Jef Steinhauer, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Havikstraling begint net buiten de waarnemingshorizon, waar licht nauwelijks kan ontsnappen. Dat is echt raar, want er is niets; het is lege ruimte. Toch begint deze straling vanuit het niets, komt uit, en gaat naar de aarde."

Het kunstmatige zwarte gat gemaakt door Steinhauer en zijn collega's was ongeveer 0,1 millimeter lang en was gemaakt van een gas bestaande uit 8000 rubidium-atomen, wat een relatief laag aantal atomen is. Telkens als de onderzoekers er een foto van maakten, het zwarte gat werd vernietigd. Om de evolutie ervan in de tijd te observeren, ze moesten dus het zwarte gat produceren, maak er een foto van en maak er dan nog een. Dit proces werd vele malen herhaald, maandenlang.

De Hawking-straling die door dit analoge zwarte gat wordt uitgezonden, is gemaakt van geluidsgolven, in plaats van lichtgolven. De rubidium-atomen stromen sneller dan de snelheid van het geluid, dus geluidsgolven kunnen de waarnemingshorizon niet bereiken en uit het zwarte gat ontsnappen. Buiten de gebeurtenishorizon, echter, het gas stroomt langzaam, zodat geluidsgolven vrij kunnen bewegen.

"De rubidium stroomt snel, sneller dan de snelheid van het geluid, en dat betekent dat geluid niet tegen de stroom in kan gaan, Steinhauer legde uit. "Laten we zeggen dat je tegen de stroom in probeerde te zwemmen. Als deze stroom sneller gaat dan je kunt zwemmen, dan kom je niet verder je wordt teruggeduwd omdat de stroom te snel en in de tegenovergestelde richting gaat, dus je zit vast. Dat is wat vastzitten in een zwart gat en proberen de waarnemingshorizon van binnenuit te bereiken zou zijn."

Volgens de voorspellingen van Hawking, de straling die zwarte gaten uitzenden is spontaan. In een van hun eerdere onderzoeken, Steinhauer en zijn collega's konden deze voorspelling in hun kunstmatige zwarte gat bevestigen. In hun nieuwe studie ze wilden onderzoeken of de straling die door hun zwarte gat wordt uitgezonden ook stationair is (d.w.z. als het constant blijft in de tijd).

"Een zwart gat wordt verondersteld te stralen als een zwart lichaam, dat in wezen een warm object is dat een constante infraroodstraling uitzendt (d.w.z. zwarte lichaamsstraling), Steinhauer zei. "Hawking suggereerde dat zwarte gaten net gewone sterren zijn, die voortdurend een bepaald soort straling uitstralen, constant. Dat wilden we in ons onderzoek bevestigen, en dat hebben we gedaan."

Hawking-straling bestaat uit paren fotonen (d.w.z. lichtdeeltjes):de ene komt uit een zwart gat en de andere valt erin terug. Bij het identificeren van de Hawking-straling die wordt uitgezonden door het analoge zwarte gat dat ze hebben gecreëerd, Steinhauer en zijn collega's zochten dus naar vergelijkbare paren geluidsgolven, een die uit het zwarte gat komt en een die erin beweegt. Toen ze deze paren geluidsgolven eenmaal hadden geïdentificeerd, de onderzoekers probeerden vast te stellen of er zogenaamde correlaties tussen waren.

"We moesten veel gegevens verzamelen om deze correlaties te zien, Steinhauer zei. "We namen dus 97, 000 herhalingen van het experiment; in totaal 124 dagen continu meten."

Algemeen, de bevindingen lijken te bevestigen dat de straling die door zwarte gaten wordt uitgezonden stationair is, zoals voorspeld door Hawking. Hoewel deze bevindingen voornamelijk van toepassing zijn op het analoge zwarte gat dat ze hebben gecreëerd, theoretische studies kunnen helpen bevestigen of ze ook kunnen worden toegepast op echte zwarte gaten.

"Onze studie roept ook belangrijke vragen op, omdat we de hele levensduur van het analoge zwarte gat hebben waargenomen, wat betekent dat we ook zagen hoe de Hawking-straling begon, " zei Steinhauer. "In toekomstige studies, je zou kunnen proberen onze resultaten te vergelijken met voorspellingen van wat er zou gebeuren in een echt zwart gat, om te zien of 'echte' Hawking-straling uit het niets begint en zich vervolgens opbouwt, zoals we hebben waargenomen."

Op een bepaald moment tijdens de experimenten van de onderzoekers, de straling rond hun analoge zwarte gat werd erg sterk, zoals het zwarte gat vormde wat bekend staat als een 'innerlijke horizon'. Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt het bestaan ​​van een innerlijke horizon, een straal binnen zwarte gaten die een verder gebied dichter bij het centrum afbakent.

In het gebied binnen de binnenste horizon is de zwaartekracht veel lager, dus objecten kunnen vrij bewegen en worden niet langer naar het centrum van het zwarte gat getrokken. Toch kunnen ze het zwarte gat nog steeds niet verlaten, omdat ze niet door de binnenhorizon in de tegenovergestelde richting kunnen gaan (d.w.z. richting de gebeurtenishorizon).

"Eigenlijk, de waarnemingshorizon is de buitenste bol van een zwart gat, en erin, er is een kleine bol genaamd de innerlijke horizon, Steinhauer zei. "Als je door de innerlijke horizon valt, dan zit je nog steeds vast in het zwarte gat, maar je voelt tenminste niet de rare fysica van het zijn in een zwart gat. Je zou in een meer 'normale' omgeving zijn, omdat de aantrekkingskracht van de zwaartekracht lager zou zijn, zodat je het niet meer zou voelen."

Sommige natuurkundigen hebben voorspeld dat wanneer een analoog zwart gat een innerlijke horizon vormt, de straling die het uitzendt wordt sterker. interessant, dit is precies wat er gebeurde in het analoge zwarte gat dat door de onderzoekers van Technion is gemaakt. Deze studie zou andere natuurkundigen kunnen inspireren om het effect van de vorming van een innerlijke horizon op de intensiteit van de Hawking-straling van een zwart gat te onderzoeken.

© 2021 Science X Network