I 1974 gjorde Stephen Hawking en av sine mest berømte spådommer: at sorte hull til slutt fordamper helt.
I følge Hawkings teori er sorte hull ikke perfekt "svarte", men i stedet avgir de partikler. Denne strålingen, mente Hawking, kunne til slutt sifre nok energi og masse bort fra svarte hull til å få dem til å forsvinne. Teorien antas i stor grad å være sann, men ble en gang antatt nesten umulig å bevise.
For første gang har fysikere imidlertid vist denne unnvikende Hawking-strålingen - i hvert fall på et laboratorium. Selv om Hawking-stråling er for svak til å bli oppdaget i verdensrommet av våre nåværende instrumenter, har fysikere nå sett denne strålingen i en svart hull-analog skapt ved hjelp av lydbølger og noe av det kaldeste, merkeligste stoffet i universet.
Par av partikler
Sorte hull utøver en så utrolig kraftig gravitasjonskraft at til og med et foton, som beveger seg med lysets hastighet, ikke kunne unnslippe. Mens romvakuumet generelt er tenkt som tomt, dikterer usikkerheten til kvantemekanikken at et vakuum i stedet vrimler av virtuelle partikler som flirer inn og ut av eksistensen i materie-antimaterielle par. (Antimaterielle partikler har samme masse som deres motstykker, men motsatt elektrisk ladning.)
Normalt, etter at et par virtuelle partikler dukker opp, utsletter de hverandre umiddelbart. Ved siden av et svart hull drar de ekstreme tyngdekraften i stedet partiklene fra hverandre, med den ene partikkelen absorbert av det sorte hullet mens den andre skyter ut i verdensrommet. Den absorberte partikkelen har negativ energi, noe som reduserer det sorte hullets energi og masse. Svelg nok av disse virtuelle partiklene, og det sorte hullet fordamper til slutt. Den rømende partikkelen blir kjent som Hawking-stråling.
Denne strålingen er svak nok til at det er umulig akkurat nå for oss å observere den i verdensrommet, men fysikere har tenkt på veldig kreative måter å måle den på et laboratorium.
En hendelseshorisont for fossefall
Fysiker Jeff Steinhauer og hans kolleger ved Technion - Israel Institute of Technology i Haifa brukte en ekstremt kald gass kalt et Bose-Einstein-kondensat for å modellere begivenhetshorisonten for et svart hull, den usynlige grensen som intet kan unnslippe. I en flytende strøm av denne gassen plasserte de en klippe, og skapte en "foss" av gass; da gassen strømmet over fossen, gjorde den nok potensiell energi til kinetisk energi til å strømme raskere enn lydens hastighet.
I stedet for materie og antimaterielle partikler, brukte forskerne par fononer, eller kvante lydbølger, i gasstrømmen. Fononet på den langsomme siden kunne bevege seg mot strømmen av gassen, bort fra fossen, mens fononet på den raske siden ikke kunne, fanget av "svart hullet" av supersonisk gass.
"Det er som om du prøvde å svømme mot en strøm som gikk raskere enn du kunne svømme," sa Steinhauer til Live Science. "Du ville føle at du gikk fremover, men at du virkelig skulle tilbake. Og det er analogt med et foton i et svart hull som prøver å komme ut av det sorte hullet, men blir trukket av tyngdekraften på feil måte."
Hawking spådde at strålingen av utsendte partikler ville være i et kontinuerlig spekter av bølgelengder og energier. Han sa også at det kunne beskrives ved en enkelt temperatur som bare var avhengig av det svarte hullets masse. Det nylige eksperimentet bekreftet begge disse prediksjonene i det soniske sorte hullet.
"Disse eksperimentene er en tour de force," sa Renaud Parentani, en teoretisk fysiker ved Laboratoire de Physique Théorique ved Paris-Sud University, til Live Science. Parentani studerer også analoge sorte hull, men fra en teoretisk vinkel; han var ikke involvert i den nye studien. "Det er et veldig presist eksperiment. Fra eksperimentell side er Jeff virkelig, for øyeblikket, den verdensledende eksperten på å bruke kalde atomer for å undersøke fysikk i sorte hull."
Parentani la imidlertid vekt på at denne studien er "ett skritt langs en lang prosess." Spesielt viste denne studien ikke at fononparene ble korrelert på kvantnivå, noe som er et annet viktig aspekt av Hawkings prediksjoner.
"Historien vil fortsette," sa Parentani. "Det er slett ikke slutt."
