В 1974 г. Стивен Хокинг сделал одно из важнейших своих предсказаний: что черные дыры способны полностью испаряться.
Согласно гипотезе Хокинга, черные дыры не являются идеально «черными», а способны испускать частицы. Это излучение, считал британский физик, уносит с собой энергию и массу черной дыры, поэтому через определенное время черная дыра исчезает полностью. Эта гипотеза получила широкое признание, однако ее до сих пор никому не удалось доказать.
Считается, что вакуум космического пространства наполнен постоянно аннигилирующими виртуальными парами частица-античастица. Однако рядом с черной дырой экстремально мощная гравитация разрывает между собой две эти частицы, и одна из частиц, имеющая отрицательную энергию, поглощается черной дырой, снижая ее энергию и массу, а вторая частица – выбрасывается прочь в космическое пространство. Эти выбрасываемые в космос частицы и представляют собой хокинговское излучение.
В новом исследовании физики в лаборатории впервые показали наличие излучения, аналогичного хокинговскому излучению. Хотя само хокинговское излучение является слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить в космосе, авторы работы наблюдали это излучение на модели черной дыры, созданной с использованием звуковых волн, а также самой холодной и необычной материи на Земле.
В этой работе группа исследователей во главе с Джеффом Штейнхауэром (Jeff Steinhauer) из Израильского технологического института Технион использовала экстремально холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна, для моделирования горизонта событий черной дыры, невидимой границы, через которую не может вернуться обратно ничто, даже свет. На пути протекающего потока этого газа они поместили «обрыв», в результате чего сформировали газовый «водопад»; когда газ увлекался в «водопад», его потенциальная энергия переходила в кинетическую, и скорость потока превышала скорость звука.
Вместо частицы и античастицы исследователи использовали пару фононов, квантовых звуковых волн, в газовом потоке. Фонон на медленной стороне может двигаться против газового потока, вдали от «водопада», в то время как фонон на быстрой стороне двигаться не может, захваченный «черной дырой» сверхзвукового газового потока.
Хокинг предсказал, что поток испускаемых черной дырой частиц будет характеризоваться сплошным спектром длин волн и энергий. Кроме того, физик считал, что этот поток может быть описан с использованием только одного значения температуры, зависящего лишь от массы черной дыры. Данный новый эксперимент позволил подтвердить оба этих прогноза на модели звуковой черной дыры, пояснили авторы.
