과학자들은 인공 블랙홀에서 호킹 방사선을 관찰했습니다

블랙홀은 우주 공간에서 중력이 매우 강하여 들어가는 것이 빠져 나갈 수없는 영역입니다. 이론적 예측은 이벤트 지평선으로 알려진 블랙홀을 둘러싼 반경이 있음을 시사합니다. 무언가가 사건의 지평선을 통과하면 중심에 가까워 질수록 중력이 강해 지므로 더 이상 블랙홀을 벗어날 수 없습니다.

이론 물리학 자 스티븐 호킹 (Stephen Hawking)은 블랙홀에서 벗어날 수있는 것은 없지만 호킹 복사라고하는 제한된 양의 빛을 자발적으로 방출한다고 예측했습니다. 그의 예측에 따르면,이 방사선은 자발적이고 (즉, 아무것도 발생하지 않음) 고정되어 있습니다 (즉, 강도가 시간에 따라 크게 변하지 않음).

이스라엘 공과 대학의 과학자들은 최근 호킹의 이론적 예측을 테스트하기위한 연구를 수행했습니다. 더 구체적으로, 그들은 실험실에서 생성 된 "인공 블랙홀"에서 호킹 방사선에 상응하는 것이 정지되어 있는지 조사했습니다.

연구자 중 한 명인 Jeff Steinhower는“사건 지평선 안으로 들어가면 거기서 벗어날 수 없습니다. 이것은 빛의 경우에도 마찬가지입니다. -호킹 방사선은 빛이 거의 빠져 나갈 수없는 사건 지평선 바로 아래에서 시작됩니다. 거기에 아무것도 없기 때문에 정말 이상합니다. 이것은 빈 공간입니다. 그러나이 방사능은 무에서 나오고 나가서 지구로 향합니다. "

Steinhower와 그의 동료들이 만든 인공 블랙홀의 길이는 약 0.1mm였으며 상대적으로 적은 수의 원자 인 8,000 개의 루비듐 원자로 구성된 가스로 구성되었습니다. 연구원들이 사진을 찍을 때마다 블랙홀이 무너졌습니다. 시간이 지남에 따라 진화하는 것을 관찰하기 위해 그들은 블랙홀을 만들고 사진을 찍은 다음 다른 것을 만들어야했습니다. 이 과정은 몇 달에 걸쳐 여러 번 반복되었습니다.

이 유사한 블랙홀의 호킹 복사는 빛이 아닌 음파로 구성됩니다. 루비듐 원자는 소리의 속도보다 빠르게 움직이기 때문에 음파는 이벤트 지평선에 도달하여 블랙홀에서 벗어날 수 없습니다. 그러나 이벤트 지평선 밖에서는 가스가 천천히 흐르기 때문에 음파가 자유롭게 움직일 수 있습니다.

Steinhauer는“루비듐은 소리의 속도보다 빠르게 흐르기 때문에 소리가 전류에 어긋날 수 없습니다. -해류에 맞서 수영하려고한다고 가정 해 봅시다. 이 흐름이 수영 할 수있는 것보다 더 빨리 흐르면 앞으로 나아갈 수없고 뒤로 갈 수 있습니다. 왜냐하면 흐름이 너무 빨리 반대 방향으로 움직이기 때문입니다. 그것이 바로 블랙홀에 갇혀 내부에서 이벤트 지평선에 도달하려고한다는 의미입니다. "

Hawking의 예측에 따르면 블랙홀에서 방출되는 방사선은 자발적입니다. 이전 연구 중 하나에서 과학자들은 인공 블랙홀에서이 예측을 확인할 수있었습니다. 그들의 새로운 연구에서 그들은 블랙홀에서 방출되는 방사선도 고정되어 있는지 (즉, 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는지) 알아 내기 시작했습니다.

"블랙홀은 흑체처럼 방사되어야하며, 이는 본질적으로 일정한 적외선 복사 (즉, 흑체 복사)를 방출하는 따뜻한 물체입니다."라고 Jeff Steinhower는 말했습니다. 호킹은 블랙홀이 특정 유형의 방사선을 지속적으로 방출하는 일반 별과 같다고 제안했습니다. 이것이 우리가 연구에서 확인하고 싶었던 것입니다.

호킹 방사선은 한 쌍의 광자 (즉, 빛의 입자)로 구성됩니다. 하나는 블랙홀에서 나오고 다른 하나는 다시 그 안으로 떨어집니다. 그들이 만든 아날로그 블랙홀에서 방출되는 호킹 방사선을 식별하기 위해 과학자들은 유사한 음파 쌍을 찾았습니다. 하나는 블랙홀에서 나오고 다른 하나는 그 안으로 이동합니다. 이 음파 쌍을 식별함으로써 연구원들은 소위 상관 관계가 있는지 확인하려고했습니다.

Jeff Steinhower는“이러한 상관 관계를 확인하려면 많은 데이터를 수집해야했습니다. “그래서 우리는 97,000 번의 실험을 반복했습니다. 총 124 일의 연속 측정.”

전체적으로 얻은 결과는 Hawking이 예측 한 것처럼 블랙홀에서 방출되는 방사선이 고정되어 있음을 확인하는 것 같습니다. 이러한 결과는 인위적으로 만들어진 아날로그 블랙홀에 주로 적용되지만 이론적 연구는 실제 블랙홀에도 적용될 수 있는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우리의 연구는 또한 우리가 평생 동안 아날로그 블랙홀을 관찰했기 때문에 중요한 질문을 제기합니다. 즉, Hawking 방사선이 어떻게 시작되었는지도 보았습니다.”라고 Jeff Steinhower는 말했습니다. 미래의 연구는 실제 블랙홀에서 일어날 일에 대한 예측과 우리의 결과를 비교하여 실제 호킹 방사선이 아무것도없는 상태에서 시작된 다음 축적되는지 살펴볼 수 있습니다.

연구자들의 실험 중 어느 시점에서 블랙홀이 내부 지평선으로 알려진 것을 형성함에 따라 블랙홀 대응 물을 둘러싼 방사선이 매우 강해졌습니다. 사건 지평선 외에도 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 중심에 더 가까운 영역을 나타내는 블랙홀 내의 반경 인 내부 지평선의 존재를 예측합니다.

내부 수평선 내부 영역에서는 중력이 훨씬 더 낮아 물체가 자유롭게 움직일 수 있고 더 이상 블랙홀의 중심에 끌리지 않습니다. 그러나 그들은 내부 지평선을 반대 방향으로 통과 할 수 없기 때문에 여전히 블랙홀을 떠날 수 없습니다.

기본적으로 이벤트 지평선은 블랙홀의 바깥 쪽 구체이고 그 안에는 안쪽 지평선이라고하는 작은 구체가 있습니다.”라고 Jeff Steinhower는 말했습니다. -내부 지평선을 통과하면 여전히 블랙홀에 있지만 적어도 블랙홀에 있다는 이상한 물리학을 느끼지 못할 것입니다. 중력의 당기는 힘이 낮아져 더 이상 느끼지 않을 것이므로보다 "정상적인"환경에있게됩니다.

일부 물리학 자들은 아날로그 블랙홀이 내부 지평선을 형성 할 때 방출되는 복사선이 더 강해질 것이라고 예측했습니다. 흥미롭게도 이것은 과학자들이 만든 아날로그 블랙홀에서 정확히 일어난 일입니다. 따라서이 연구는 다른 물리학 자들에게 호킹 방사선의 강도에 대한 내부 지평선 형성의 영향을 연구하도록 영감을 줄 수 있습니다.