Naukowcy zaobserwowali to po raz pierwszy. Odkrycie pomoże zrozumieć czarne dziury

Zespół badaczy po raz pierwszy zaobserwował reakcję wsteczną w symulacji czarnej dziury w zbiorniku wodnym. Wykonane obserwacje pozwolą lepiej zrozumieć jedne z najbardziej tajemniczych obiektów w naszej Galaktyce.

Naukowcy z University of Nottingham wykorzystali symulację czarnej dziury, obejmującą specjalnie zaprojektowany zbiornik na wodę, do najnowszych badań, których wyniki opublikowali na łamach czasopisma naukowego "Physical Review Letters". Jest to pierwsze badanie, dowodzące, że ewolucję czarnych dziur wynikającą z otaczających je pól można symulować podczas eksperymentów w laboratorium.

Podczas badań eksperci użyli specjalnego zbiornika na wodę, w którym wytworzyli wir (przypominający ten, który tworzy się po wyciągnięciu korka z wanny). Wir naśladował czarną dziurę i jej zachowanie. Opisane systemy są stosowane od około dekady jako narzędzie testowania zjawisk grawitacyjnych w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym. Przykładem jest, chociażby badanie tzw. promieniowania Hawkinga, czyli promieniowania emitowanego przez czarne dziury.

Korzystając z tej techniki, naukowcy po raz pierwszy wykazali, że kiedy fale są wysyłane do analogowej czarnej dziury, właściwości samej czarnej dziury mogą się znacznie zmienić. Mechanizm leżący u podstaw tego efektu w ich konkretnym eksperymencie ma niezwykle proste wyjaśnienie. Gdy fale zbliżają się do odpływu, skutecznie spychają więcej wody w dół otworu, powodując zmniejszenie całkowitej ilości wody zawartej w zbiorniku. Skutkuje to zmianą wysokości wody, co w symulacji odpowiada zmianie właściwości czarnej dziury.

- Przez długi czas nie było jasne, czy reakcja wsteczna doprowadzi do jakichkolwiek mierzalnych zmian w systemach analogowych, w których napędzany jest przepływ płynu, na przykład za pomocą pompy wodnej. Wykazaliśmy, że analogowe czarne dziury, podobnie jak ich grawitacyjne odpowiedniki, są wewnętrznie reagującymi się wstecznymi systemami. Pokazaliśmy, że fale poruszające się w wannie odprowadzającej spychają wodę w dół otworu, znacząco modyfikując prędkość odpływu, a w konsekwencji efektywne przyciąganie grawitacyjne analogowej czarnej dziury – powiedział główny autor badania autor badania dr Sam Patrick z University of Nottingham School of Mathematical Sciences.

Patrick podkreślił, że uzyskane wyniki torują drogę do eksperymentalnego badania interakcji między falami i czasoprzestrzeniami, przez które się poruszają. Przykładowo ten rodzaj interakcji będzie miał kluczowe znaczenie dla badania parowania czarnych dziur w laboratorium. W przyszłości naukowcy planują wykorzystać symulatory kwantowe do naśladowania ekstremalnych warunków we Wszechświecie i czarnych dziur.