În 1974, Stephen Hawking a făcut una dintre cele mai faimoase predicții ale sale: că găurile negre se evaporă în întregime.
Conform teoriei lui Hawking, găurile negre nu sunt perfect „negre”, ci, de fapt, emit particule. Această radiație, credea Hawking, în cele din urmă ar putea sifona suficientă energie și masă departe de găurile negre pentru a le face să dispară. Teoria se presupune că este adevărată, dar a fost creată cândva aproape imposibil de dovedit.
Totuși, pentru prima dată, fizicienii au arătat această radiație evazivă Hawking - cel puțin într-un laborator. Deși radiația Hawking este prea slabă pentru a fi detectată în spațiu de instrumentele noastre actuale, fizicienii au văzut acum această radiație într-un analog cu o gaură neagră creată folosind undele sonore și unele dintre cele mai reci, cele mai ciudate materii din univers.
Perechi de particule
Gurile negre exercită o forță gravitațională atât de puternică, încât nici măcar un foton, care circulă cu viteza luminii, nu a putut scăpa. În timp ce vidul spațiului este, în general, considerat a fi gol, incertitudinea mecanicii cuantice dictează că, în schimb, un vid curge cu particule virtuale care se revarsă și ies din existență în perechile materie-antimaterie. (Particulele antimaterie au aceeași masă ca omologii lor de materie, dar opuse sarcină electrică.)
În mod normal, după ce apare o pereche de particule virtuale, se anihilează imediat reciproc. Totuși, lângă o gaură neagră, forțele extreme ale gravitației atrag în schimb particulele, o singură particulă fiind absorbită de gaura neagră în timp ce cealaltă se trage în spațiu. Particulul absorbit are energie negativă, ceea ce reduce energia și masa găurii negre. Înghițiți destul de multe dintre aceste particule virtuale, iar gaura neagră se evaporă în cele din urmă. Particulul care scapă devine cunoscut sub numele de radiația Hawking.
Această radiație este suficient de slabă încât este imposibil acum să o observăm în spațiu, dar fizicienii au gândit modalități foarte creative de a o măsura într-un laborator.
Un orizont de eveniment cascadă
Fizicianul Jeff Steinhauer și colegii săi de la Institutul Tehnologic - Israel din Haifa au folosit un gaz extrem de rece numit condensat Bose-Einstein pentru modelarea orizontului de eveniment al unei găuri negre, granița invizibilă dincolo de care nimic nu poate scăpa. Într-un flux ce curge din acest gaz, au așezat o stâncă, creând o „cascadă” de gaz; când gazul curgea peste cascadă, a transformat suficientă energie potențială în energie cinetică pentru a curge mai repede decât viteza sunetului.
În loc de materie și particule de antimaterie, cercetătorii au folosit perechi de fononi sau unde sonore cuantice în fluxul de gaz. Fononul din partea lentă ar putea călători împotriva fluxului de gaz, departe de cascadă, în timp ce fononul de pe partea rapidă nu a putut, prins de „gaura neagră” a gazului supersonic.
„Este ca și cum ai încerca să înoți împotriva unui curent care mergea mai repede decât ai putea înota”, a spus Steinhauer la Live Science. "Ai simți că ai merge înainte, dar te-ai întoarce cu adevărat. Și asta este analog cu un foton într-o gaură neagră care încerca să iasă din gaura neagră, dar că era tras de gravitație în mod greșit."
Hawking a prezis că radiația particulelor emise va fi într-un spectru continuu de lungimi de undă și energii. El a mai spus că poate fi descris de o singură temperatură care depindea doar de masa găului negru. Experimentul recent a confirmat ambele aceste predicții în gaura neagră sonică.
"Aceste experimente sunt un tur de forță", a spus Renaud Parentani, un fizician teoretic la Laboratoire de Physique Théorique din Universitatea Paris-Sud. Parentani studiază, de asemenea, găuri negre analogice, dar dintr-un unghi teoretic; nu a fost implicat în noul studiu. "Este un experiment foarte precis. Din partea experimentală, Jeff este într-adevăr, momentan, expertul mondial în utilizarea atomilor reci pentru a sonda fizica găurilor negre."
Parentani a subliniat însă că acest studiu este „un pas de-a lungul unui proces lung”. În special, acest studiu nu a arătat că perechile de fononi sunt corelate la nivel cuantic, acesta fiind un alt aspect important al prezicerilor lui Hawking.
"Povestea va continua", a spus Parentani. „Nu este deloc sfârșitul”.
