Стационарное излучение Хокинга от черной дыры наблюдали в лаборатории

Израильские физики проверили, является ли эквивалент излучения Хокинга в «искусственной» черной дыре стационарным. Для этого авторы создали аналог этих астрономических объектов в лаборатории.

Изучать черные дыры можно и в лаборатории. Для этого физики создают небольшие аналоги этих объектов из атомов какого-либо металла в газовой фазе. Теперь на такой модели ученые впервые зафиксировали появление стационарного излучения Хокинга

Черные дыры — это объекты, гравитационное притяжение которых настолько сильно, что ни вещество, ни излучение при попадании в них не может выбраться наружу. Согласно расчетам и теоретическим предсказаниям, на определенном расстоянии от центра черной дыры существует ее горизонт событий. После прохождения этого горизонта объект уже не может покинуть пределов черной дыры и движется к ее центру со все увеличивающейся скоростью, которая, однако, не может превышать световую.

Физик-теоретик Стивен Хокинг предсказал, что несмотря на то, что ничто не может преодолеть горизонт событий, черные дыры могут спонтанно испускать слабые импульсы излучения. Согласно предсказаниям Хокинга, это излучение, названное его именем, является спонтанным — возникает буквально «на ровном месте» — и стационарным — то есть, его интенсивность практически не меняется с течением времени.

Ученые из Израильского технологического института решили проверить стационарность излучения Хокинга в лаборатории. Для этого они создали искусственную черную дыру диаметром около 0,1 миллиметра, которая состояла из 8000 атомов рубидия в газовой фазе. Каждый раз, когда исследователи снимали это скопление, оно разрушалась из-за взаимодействия со светом. 

Чтобы наблюдать эволюцию искусственной черной дыры во времени, ученые должны были создать объект, сфотографировать его и затем создать новый. Этот процесс авторы повторяли много раз, в течение нескольких месяцев. В результате ученым удалось заметить, как рубидиевая черная дыра начинала медленно испаряться за счет испускания подобия излучения Хокинга.

Но в случае этой модели, излучение представляло собой не электромагнитные волны, а звуковые. Атомы рубидия движутся быстрее скорости звука, поэтому звуковые волны не могут достичь горизонта событий и вырваться из черной дыры. Однако за пределами горизонта событий газ течет медленно, поэтому звуковые волны могут в нем свободно перемещаться.

Авторы наблюдали, как в их аналоге черной дыры одна звуковая волна пересекала горизонт событий, двигаясь извне, а другая покидала объект, как бы обмениваясь местами с пришедшей снаружи волной. Подобный процесс происходит и в реальных черных дырах: на горизонте событий могут образовываться пары частица-античастица, одну из составляющих которой может затянуть черная дыра. При этом вторая составляющая пары покидает горизонт событий в виде излучения Хокинга. В новом исследовании ученые заметили подобный эффект, но со звуковыми волнами.