1974-ben Stephen Hawking egyik legismertebb jóslatát megfogalmazta: a fekete lyukak végül teljesen elpárolognak.
Hawking elmélete szerint a fekete lyukak nem tökéletesen "fekete", hanem valójában részecskék bocsátanak ki. Ez a sugárzás, Hawking hitte, végül elegendő energiát és tömeget képes elnyelni a fekete lyukaktól, hogy eltűnjön. Az elmélet széles körben feltételezhető, hogy igaz, ám egyszer azt gondolták, hogy szinte lehetetlen bizonyítani.
A fizikusok azonban először mutatták ki ezt a megkísérlő Hawking-sugárzást - legalább egy laboratóriumban. Noha a Hawking-sugárzás túl halvány ahhoz, hogy jelenlegi műszereink észleljék az űrben, a fizikusok ezt a sugárzást egy fekete lyuk analógjában láthatták, amelyet hanghullámok és az univerzum leghidegebb és legfurcsabb anyagának segítségével hoztak létre.
Pár részecskék
A fekete lyukak olyan hihetetlenül erős gravitációs erőt gyakorolnak, hogy még a fénysebességgel haladó foton sem tudott elmenekülni. Miközben a tér vákuumát általában üresnek tekintik, a kvantummechanika bizonytalansága azt sugallja, hogy a vákuum inkább virtuális részecskékkel van jelen, amelyek az anyag-antianyag párokban be-és kilépnek a létezésből. (Az antianyag részecskék ugyanolyan tömegű, mint az anyag megfelelőik, de szemben az elektromos töltéssel.)
Általában egy pár virtuális részecske megjelenése után azonnal megsemmisítik egymást. A fekete lyuk mellett azonban a szélsőséges gravitációs erők ehelyett a részecskéket széthúzzák, az egyik részecskét a fekete lyuk felszívja, míg a másik az űrbe lő. Az abszorbeált részecske negatív energiával rendelkezik, amely csökkenti a fekete lyuk energiáját és tömegét. Elegendő nyelni kell ezeket a virtuális részecskéket, és a fekete lyuk végül elpárolog. A kiszabaduló részecske Hawking sugárzás néven ismert.
Ez a sugárzás elég gyenge, hogy jelenleg lehetetlen megfigyelni azt az űrben, ám a fizikusok nagyon kreatív módon gondolkodtak rajta annak mérésére egy laboratóriumban.
Egy vízesés horizontja
Jeff Steinhauer fizikus és kollégái a Haifai Technion - Izrael Technológiai Intézetben rendkívül hideg gázt használták, Bose-Einstein kondenzátumnak, hogy modellezzék egy fekete lyuk eseményhorizontját, amely egy láthatatlan határ, amelyen keresztül semmi sem tud menekülni. A gáz áramló patakjában egy sziklát helyeztek el, amely egy "vízesés" gázt képez; amikor a gáz áramlott a vízesés felett, elegendő potenciális energiát váltott kinetikus energiává, hogy a hang sebességénél gyorsabban folyhasson.
Anyag- és antianyag-részecskék helyett a kutatók fononpárokat vagy kvantumhangos hullámokat használtak a gázáramban. A lassú oldalon lévő fonon a gáz áramlása ellen tudott mozogni, távol a vízeséstől, míg a gyors oldalán lévő fonon nem tudott volna, a szuperszonikus gáz "fekete lyukának" csapdájában.
"Olyan, mintha egy olyan árammal szemben akarsz úszni, amely gyorsabban halad, mint tudnál úszni" - mondta Steinhauer a Live Science-nek. "Úgy érzi, mintha előrehaladtál, de valóban visszatértél. És ez analóg egy fotonnal egy fekete lyukban, amely megpróbál kijutni a fekete lyukból, de a gravitáció rosszul húzza meg."
Hawking azt jósolta, hogy a kibocsátott részecskék sugárzása hullámhosszok és energiák folyamatos spektrumában lesz. Azt is mondta, hogy ezt egyetlen hőmérsékleten lehet leírni, amely csak a fekete lyuk tömegétől függ. A közelmúltban végzett kísérlet mindkét előrejelzést megerősítette a hangos fekete lyukban.
"Ezek a kísérletek erőszakos erőket jelentenek" - mondta a Live Sciencenek Renaud Parentani, a Párizs-Sud Egyetem Laboratoire de Physique Théorique elméleti fizikusa. Parentani analóg fekete lyukakat is tanulmányoz, de elméleti szempontból; nem vett részt az új tanulmányban. "Ez egy nagyon pontos kísérlet. A kísérleti oldalról Jeff valójában jelenleg a világ vezető szakértője a hideg atomok felhasználásáról a fekete lyuk fizikájának vizsgálatára."
Parentani azonban hangsúlyozta, hogy ez a tanulmány "egy lépés egy hosszú folyamat mentén". Különösen ez a tanulmány nem mutatta a fononpárok korrelációját a kvantumszinten, ami Hawking előrejelzéseinek egy másik fontos szempontja.
"A történet folytatódni fog" - mondta Parentani. "Egyáltalán nem a vége."
