سیاهچاله ها تبخیر می شوند!

در سال ۱۹۷۴ استیون هاوکینگ یکی از معروف ترین پیش بینی های خود را بیان نمود:

سیاهچاله ها در نهایت به طور کامل بخار می شوند

بر طبق تئوری هاوکینگ، سیاهچاله ها کاملا سیاه نیستند، در حقیقت آنها منتشر کننده ذرات میباشند. وی معتقد بود که این تابش می تواند در نهایت مقدار کافی از انرژی و توده را از سیاهچاله بیرون کشیده و آن ها را ناپدید کند. اگرچه این نظریه در بسیاری از موارد به عنوان یک فرضیه درست در نظر گرفته شده بود اما یکبار به طور تقریبا غیر ممکنی به اثبات رسید.
با این حال فیزیکدانان برای اولین بار این تابش ناگهانی هاوکینگ را در آزمایشگاه به نمایش گذاشتند. با وجود آنکه تابش هاوکینگ ضعیفتر و خفیف تر از آن است که توسط ابزار های فعلی موجود در فضا شناسایی شود، فیزیکدانان در حال حاضر آن را در یک آنالوگ سیاهچاله ای مشاهده کرده اند که این آنالوگ با استفاده از امواج صوتی و مقداری از سردترین و عجیب ترین ماده جهان ایجاد شده است.

جفت ذرات

سیاهچاله ها چنان نیروی گرانشی فوق العاده قدرتمندی را اعمال می کنند که حتی فوتون، که با سرعت نور حرکت می کند، نمی تواند از چنین نیرویی بگریزد. در حالی که خلاء موجود در فضا عموما به عنوان یک فضای کاملا تهی شناخته می شود، عدم قطعیت مکانیک کوانتوم چنین بیان می کند که خلاء توسط ذرات خارجی که در جفت ماده-پادماده وجود دارند، تشکیل شده است. ( ذرات پادماده دارای جرمی مشابه جرم ماده با شار الکتریکی متفاوت می باشند)
به طور معمول پس از ظهور یک جفت ذره خارجی، این دو ذره فورا یکدیگر را نابود میکنند اما در نزدیکی یک سیاهچاله، در چنین حالتی، نیرو فوق العاده زیاد گرانش، ذرات را به وسیله یک ذره جذب شده توسط سیاهچاله از هم جدا و دور می کند. ذرات جذب شده دارای انرژی منفی بوده که در واقع جرم و انرژی سیاهچاله را کاهش می دهند؛ با بلعیده شدن مقدار کافی از این ذرات خارجی، سیاهچاله در نهایت تبخیر شده و ذرات فرار و گریخته به عنوان تابش هاوکینگ شناخته می شوند. این تابش ها به قدری خفیف هستند که در حال حاضر امکان مشاهده ی آن در فضا غیر ممکن است اما فیزیکدانان روش های خلاقانه ای را برای اندازه گیری آن ها در آزمایشگاه در دست دارند.

افق رویداد آبشار

jeff steinhauer و همکارانش، فیزیکدانان موسسه فناوری اسرائیل در Haifa، از یک گاز فوق العاده سرد به نام Bos-Einstein برای مدل افق رویداد سیاهچاله استفاده کردند. افق رویداد، مرز نامرئی اطراف سیاهچاله می باشد که فراتر از آن هیچ چیزی قادر به گریز نخواهد بود. در یک جریان سلیس از این گاز، جف و همکارانش یک صخره ی عمودی و در نتیجه یک آبشار از این گاز ایجاد نمودند؛ هنگامی که گاز بر روی آبشار جریان پیدا می کرد، انرژی پتانسیل گاز به قدری به انرژی جنبشی تبدیل می شد که سرعت جریان گاز از سرعت صوت نیز بیشتر می شد.
محققان به جای ذرات ماده و پادماده از جفت فونون ها و یا امواج صوتی کوانتومی در جریانات گاز استفاده کردند. فونون ها در ضلع آهسته جریانات می توانند در خلاف آن و دور از آبشار حرکت کنند و این در حالی است که در ضلع سریع آن این حرکت امکان پذیر نیست و توسط سیاهچاله گاز به دام می افتند. جف به خبرگزاری لایوساینس گفت:

این اتفاق درست همانند زمانی است که فردی در تلاش است که خلاف جهت جریان آبی که سرعتش بیشتر از وی است، شنا کند. فرد احساس می کند که هر لحظه به سمت جلو در حرکت است اما در واقع توسط جریان سریعتر، به عقب کشیده می شود؛ این عمل مشابه عملکرد فوتون موجود در سیاهچاله می باشد، فوتون در تلاش است که از سیاهچاله بیرون بیاید اما توسط نیروی گرانش، بیشتر به درون سیاهچالی کشیده می شود.

هاوکینگ پیش بینی کرد که تابش ذرات منتشر شده در یک طیف پیوسته از طول موج و انرڗی خواهند بود. او همچنین بیان نمود که می توان آن را با یک درجه حرارت که تنها به جرم سیاهچاله بستگی دارد توصیف کرد. آزمایش اخیر انجام شده هردو این پیش بینی ها را در یک سیاهچاله صوتی تایید نمود.
رنائود پارنتانی، فیزیکدان تئوریک از دانشگاه پاریس، گفت:

این آزمایشات یک تور مسابقاتی نیرو می باشد.

پارنتانی با اینکه روی سیاهچاله های آنالوگ مطالعه می کند اما در این مطالعه جدید شرکت نکرد. وی گفت:

جف، کارشناس برجسته در استفاده از اتم های سرد برای بررسی فیزیک سیاهچاله می باشد.

با این وجود پارنتانی تاکید نمود که این مطالعه یک قدم در راستای یک  فرایند طولانی مدت می باشد؛ به خصوص اینکه این مطالعه همبسته بودن جفت فونون ها را در سطح کوانتوم نشان نداد که این موضوع نیز یکی از جنبه های مهم پیش بینی هاوکینگ است.