Przejdź do treści

Nietypowe doświadczenie, czyli osobliwość w wannie

Badanie zachowania się fal na wodzie ujawniło istotne wskazówki dotyczące procesów zachodzących w otoczeniu czarnych dziur. Jak to w ogóle możliwe?
 
Co dokładnie dzieje się wokół czarnych dziur? Odpowiedź na to pytanie może przynieść nam… kąpiel. Badacze z Uniwersytetu w Nottingham wykonali przed kilkoma miesiącami ciekawy eksperyment fizyczny, w ramach którego dokładniej zbadano zachowanie się fal na wodzie w symulacji efektu zwanego superradiancją. Zjawisko to zdaniem teoretyków może występować w bezpośredniej bliskości czarnej dziury.
 
Wyniki doświadczenia opublikowano właśnie w Nature Physics. Okazuje się, że przyniosły one istotny krok naprzód w zrozumieniu “dziwnych“ praw fizyki jakie zachodzą w pobliżu najbardziej ekstremalnych obiektów Wszechświata. Używając jedynie generatora fal i basenu z wodą interdyscyplinarny zespół naukowy kierowany przez Silke Weinfurtner uzyskał pierwsze laboratoryjne dowody na istnienie superradiancji.
 
Superradiancja pojawia się, gdy do fal dodawana jest energia na drodze rozpraszania. Teoretycy uważają, że ten sam proces zachodzi w otoczeniu obracających się czarnych dziur wskutek ogromnych sił pływowych, które generują się wówczas wokół nich. Zdaniem naukowców mogą one zwiększać energię fal odchylanych od czarnej dziury. Dlaczego?
 
Wyobraźmy sobie wirującą wokół swojej osi czarną dziurę; wówczas tuż ponad jej horyzontem zdarzeń czasoprzestrzeń jest zdeformowana przez efekt wleczenia czasoprzestrzeni (ang. frame-dragging) który występuje też m.in. wokół Ziemi. W teorii tej każde fale (a ogólniej mówiąc - każde energie) zbliżające się do czarnej dziury będą wtedy pod wpływem tej deformacji. Zostaną odchylone od czarnej dziury, a nie pochłonięte przez nią. Nabierają one dodatkowej energii i wracają z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Proces uzyskiwania tego typu energii z energii rotacyjnej masywnego obiektu to właśnie superradiancja. Między innymi właśnie on odpowiada za istnienie promieniowania Hawkinga.
 
W jaki jednak sposób naukowcy zmienili tę teorię w konkretne obserwacje? Niektóre zjawiska zachodzące wokół czarnej dziury są przecież trudne, jeśli nie niemożliwe, do bezpośredniego zbadania. Możliwości eksperymentalne są tu bardzo ograniczone. Jednak samo zachowanie się fal można dość łatwo odtworzyć w ziemskich warunkach.
 
Nie było to jednak aż tak proste - naukowcy mają za sobą kilka nieudanych prób z falami, wodą i wanną. Ostatecznie wykorzystano pojemnik o wymiarach 3 x 1,5 x 0,5 m, w którym udało się dokładniej zaobserwować fale oddziaływujące na "dziurę" - otwór drenażowy w centrum wanienki. Pomagał w tym układ białych kropek z papieru, które wykonano przy użyciu zmodyfikowanej maszyny do szycia - ułatwiły one sterowanie ruchem i prędkością fal wokół tej małej, analogowej czarnej dziury.
 
Całe doświadczenie można znaleźć m. in. pod linkiem zamieszczonym na tej stronie
 
 
Czytaj więcej:
 

 
Źródło: astronomy.com
 
Na zdjęciu: przełomowy, choć prosty eksperyment umożliwia naukowcom zasymulowanie mechanizmu rozpraszenia energii wokół czarnej dziury za pomocą fali wytwarzanych laboratoryjnie.
Źródło: University of Nottingham