Een door een laboratorium gemaakt analoog van een zwart gat heeft nieuw indirect bewijs geleverd dat deze mysterieuze kosmische objecten gasstromen van geladen deeltjes uitstoten, meldt Science Alert, daarbij verwijzend naar een nieuwe wetenschappelijke studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Natuurkundigen beweren dat de analoog van een zwart gat dat ze hebben gemaakt een temperatuur heeft, wat een noodzakelijke voorwaarde is voor de straling met dezelfde naam, voorspeld door Stephen Hawking.
Zwarte gaten zenden niets uit. Of straalt het uit?
Volgens de algemene relativiteitstheorie (GR) kan niets ontsnappen aan een zwart gat. Hun zwaartekracht is zo groot dat zelfs licht, het snelste ding in het heelal, niet in staat is om voldoende snelheid te ontwikkelen om uit zijn invloed te breken. Volgens de algemene relativiteitstheorie kunnen zwarte gaten dus geen enkele vorm van elektromagnetische straling uitzenden.
Desalniettemin suggereerde Hawking's theorie uit 1974 dat als de regels van de kwantummechanica aan de vraag zouden worden toegevoegd, zwarte gaten inderdaad iets zouden kunnen uitzenden. Het is een theoretisch type elektromagnetische straling dat naar Hawking zelf is vernoemd.
Deze hypothetische straling lijkt op straling van het zwarte lichaam die wordt gegenereerd door de temperatuur van een zwart gat, die omgekeerd evenredig is met de massa. Wetenschappers hebben het nog niet direct kunnen vinden. De eerste echte foto's van het zwarte gat zijn onlangs gemaakt, dus alles ligt nog voor de boeg. Desalniettemin geloven natuurkundigen dat deze straling, als ze bestaat, te zwak zou zijn om te worden gevonden met onze moderne wetenschappelijke instrumenten.
Het meten van de temperatuur van een zwart gat is ook een uitdaging. Een zwart gat met de massa van de zon heeft een temperatuur van slechts 60 nanokelvin. De kosmische microgolf-achtergrondstraling die het zal absorberen, zal veel hoger zijn dan de Hawking-straling die het zou uitzenden. Bovendien, hoe groter het zwarte gat, hoe lager de temperatuur.
Om de hypothese van Hawking te testen, voerden natuurkundigen van de Israel Technical University een experiment uit met de dichtstbijzijnde "analoog" van een zwart gat, dat met succes in het laboratorium is gemaakt.
Promotie video:
Is Hawking-straling echt?
Het is uitgevonden door de Israëlische natuurkundige Jeff Steinhower in 2016 en is een Bose-condensaat van koude rubidiumatomen (afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt), in een waarvan de atomen met supersonische snelheid bewegen en in de andere heel langzaam. Terwijl het beweegt, creëert het condensaat een zogenaamd akoestisch zwart gat, dat geluid (fononen) vasthoudt in plaats van licht (fotonen). De geluidskwanta die dit gebied binnenkomen, kruisen een soort "akoestische gebeurtenishorizon", aangezien ze het niet meer kunnen verlaten. Bij het bestuderen van de kenmerken van de akoestische analoog van een zwart gat kwamen experts tot de conclusie dat ze dicht bij theoretische modellen lagen die de aanwezigheid van Hawking-straling impliceren.
Zelfs tijdens het experiment in 2016 konden Steinhower en zijn collega's aantonen dat in het gebied van de akoestische waarnemingshorizon van hun analoog van een zwart gat een paar verstrengelde fononen kan ontstaan, waarvan er één wordt afgestoten door atomen van een langzaam stromend Bose-condensaat de ruimte in, waardoor in feite het Hawking-stralingseffect ontstaat. Tegelijkertijd kan een ander fonon van een paar worden geabsorbeerd door een analoog van een zwart gat vanwege een hogesnelheidscondensaat.
Opgemerkt moet worden dat eerder dit jaar een andere groep Israëlische natuurkundigen van het Weizmann Instituut, geleid door Ulf Leonhardt, hun eigen analoog van een zwart gat creëerde, die glasvezeltechnologie gebruikte als basis voor de waarnemingshorizon. Toen beschouwden de wetenschappers een vergelijkbaar waargenomen resultaat als een statistische anomalie. Een nieuw experiment van de groep van Steinhauer bewees echter dat dit niet het geval is. Het resultaat van het nieuwe experiment toonde opnieuw aan dat het ene foton in hypothetische ruimte kan worden gegooid, terwijl een ander kan worden geabsorbeerd door een hypothetisch zwart gat. Leonhardt heeft al gereageerd op het succes van de Steinhower-groep:
Het bewijs dat Hawking gelijk had, groeit, maar deze nieuwe methode om de temperatuur van een analoog zwart gat te bepalen, zou kunnen helpen om een beter begrip te krijgen van de thermodynamica van een zwart gat.
Nikolay Khizhnyak
