JEDINA stvar koju svi mislimo da znamo o crnim rupama jest da ništa ne može pobjeći njihovom gravitacijskom polju. To je uglavnom točno, no fizičari još od 1970-ih predviđaju da bi crne rupe mogle polako gubiti energiju u obliku toplinskog zračenja, poznatog kao Hawkingovo zračenje.

U novom eksperimentu, tim znanstvenika uspio je u laboratoriju simulirati crnu rupu i po prvi put promatrati ključan mehanizam tog procesa - takozvanu povratnu reakciju, koja objašnjava kako zračenje crpi energiju iz crne rupe, piše Science Alert.

Hawkingovo zračenje i granica nakon koje nema povratka

Crne rupe najčudniji su i najekstremniji objekti u svemiru. Toliko su guste da, jednom kad se prijeđe određena granica, njihovoj gravitacijskoj sili više nije moguće umaknuti. Ta granica, s koje čak ni svjetlost ne može pobjeći, naziva se horizont događaja. Fizičar Stephen Hawking je 1974. godine prvi postavio teoriju da crne rupe ipak nisu potpuno crne.

Zbog kvantnih učinaka u blizini horizonta događaja, one bi trebale emitirati zračenje crnog tijela, što dovodi do njihovog polaganog "isparavanja". Iako je Hawkingovo zračenje općeprihvaćena teorija, mehanizam prijenosa energije s crne rupe na zračenje ostao je nerazjašnjen.

Simulacija crne rupe u laboratoriju

Glavni problem u istraživanju jest što je izravno promatranje Hawkingovog zračenja iz stvarnih crnih rupa nemoguće. Očekuje se da je signal toliko slab da ga vjerojatno nikada nećemo moći razlikovati od pozadinskog svemirskog zračenja. Zbog toga se fizičari okreću kreativnim rješenjima i u laboratorijima stvaraju sustave koji se ponašaju prema istim fizikalnim načelima. Neki od tih analoga crnih rupa iznenađujuće su jednostavni, poput vrtloga vode, dok drugi koriste ultrahladne Bose-Einsteinove kondenzate ili lance atoma. U ovom istraživanju, objavljenom u časopisu Nature, korišten je sustav koji je prije više od deset godina razvio koautor studije Ulf Leonhardt. Sustav koristi ultrabrzi laserski puls koji putuje kroz posebno optičko vlakno. Jedan puls mijenja svojstva vlakna i tako stvara analog horizonta događaja za drugi puls svjetlosti.

Potraga za povratnom reakcijom

Dosadašnji eksperimenti uspjeli su samo detektirati analog Hawkingovog zračenja. Ovaj put, istraživači su tražili nešto suptilnije - povratnu reakciju koja otkriva kako se energija prenosi s analogne crne rupe na zračenje. Taj se proces može usporediti s Newtonovim trećim zakonom: ako na koturaljkama gurnete prijatelja, on će se otkotrljati naprijed, ali i vi ćete se otkotrljati unatrag. Znanstvenici su tražili upravo taj "trzaj" unatrag, odnosno sićušni pomak u laserskom pulsu koji je stvorio analognu crnu rupu, kao dokaz da je sustav izgubio energiju emitiranjem zračenja.

Neočekivano jednostavan mehanizam

Tim predvođen Lorenzom Procopiom sa Sveučilišta u Paderbornu u Njemačkoj uspio je izmjeriti taj pomak, a rezultat je bio iznenađujući. Prije se smatralo da Hawkingovo zračenje u ovakvim sustavima nastaje kroz složenu kaskadu interakcija. Međutim, novi rezultati upućuju na jedinstven i izravan proces koji objašnjava i zračenje i povratnu reakciju.

"Naš eksperiment i teorija pokazuju da je Hawkingovo zračenje rezultat izravnog procesa", navode istraživači. "Moguće je da i astrofizičke crne rupe zrače na jednako jednostavan i izravan način. Ta bi povratna reakcija detaljno bi, na mikroskopskoj razini, opisala kako crne rupe isparavaju."

Korak prema rješavanju paradoksa

Iako promatranje istog procesa kod stvarne crne rupe ostaje zasad nemoguće, potvrda ovog mehanizma u drugim vrstama analoga ojačala bi tezu da su znanstvenici otkrili nešto fundamentalno o samom Hawkingovom zračenju. "Ovo pojednostavljuje teorijsko shvaćanje i otvara nove mogućnosti za izračunavanje učinaka u takvim sustavima", rekao je Procopio.

"Moglo bi čak baciti novo svjetlo na to kako Hawkingovo zračenje nastaje u kontekstu gravitacije." U konačnici, ovakva otkrića mogla bi pomoći u rješavanju nekih od najvećih zagonetki teorijske fizike, poput informacijskog paradoksa - problema kojim se Hawking bavio sve do svojeg posljednjeg rada 2018. godine.