تم قياس إشعاع هوكينج الدائم في الثقب الأسود الصوتي في التخنيون

وفي مقال نشر في مجلة Nature Physics أوائل عام 2021، أظهر الفريق البحثي أن إشعاع هوكينج الدائم (الثابت) انبعث بالفعل من الثقب الأسود الصوتي. وقاموا بقياس 97,000 ألف تكرار للتجربة، أي ما يعادل 124 يومًا من القياس المستمر، ولاحظوا إشعاع هوكينج التلقائي في ستة أوقات مختلفة بعد تكوين الثقب الأسود الصوتي.

تنبأ ستيفن هوكينج بأن الثقب الأسود - وهو جسم سماوي يتمتع بجاذبية قوية بحيث لا يمكن لأي شيء الإفلات من قبضته - يصدر إشعاعًا مشابهًا لجسم ساخن ("إشعاع الجسم الأسود"، إشعاع ثابت ينبعث فقط اعتمادًا على درجة حرارة الجسم). ، مثل النجم. لذلك، لن تبعث الثقوب السوداء إشعاعًا فحسب، بل سيكون "إشعاع هوكينج" هذا ثابتًا مع مرور الوقت، على غرار الإشعاع الصادر من جسم أسود. يتم تحديد درجة حرارة إشعاع هوكينج بواسطة الجاذبية على السطح. كلما كان أكبر، كلما ارتفعت درجة الحرارة. وعلى الرغم من أن تنبؤ هوكينج سيحتفل قريبًا بذكراه السنوية، إلا أنه لم يتم قياس إشعاع هوكينج بعد في الثقوب السوداء العادية (السماوية) لأنه من المتوقع أن تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا، بمقياس النانو كلفن وما دونه.

المجموعة البحثية من البروفيسور جيف شتاينهاور من كلية الفيزياء أنشأ التخنيون ثقبًا أسود صوتيًا - وهو نظام لا تستطيع الموجات الصوتية الهروب منه، قياسًا على الثقوب السوداء الحقيقية التي لا تستطيع موجات الضوء الهروب منها إلى ما وراء السطح الكروي الذي يسمى أفق الحدث. في مقال نشر في المجلة فيزياء الطبيعة  وفي أوائل عام 2021، أظهرت مجموعة البحث أن إشعاع هوكينج الدائم (الثابت) انبعث بالفعل من الثقب الأسود الصوتي. وقاموا بقياس 97,000 تكرار للتجربة، وهو ما يعادل 124 يومًا من القياس المستمر، ولاحظوا إشعاع هوكينج التلقائي في ستة أوقات مختلفة بعد تكوين الثقب الأسود الصوتي، ورأوا أيضًا أن درجة حرارة وشدة الإشعاع ظلت ثابتة على مدى وقت. علاوة على ذلك، فقد تابعوا تطور إشعاع هوكينج طوال عمر الثقب الأسود الصوتي وقارنوه بالإشعاع المتوقع أن ينبعث من الثقوب السوداء الحقيقية. وفي الخطوة الأولى، لاحظوا تكثيف الإشعاع المشابه للإشعاع المتوقع أثناء تكوين الثقوب السوداء العادية. ثم لوحظ التألق المستمر.
انتهت المرحلة الثابتة لإشعاع هوكينج في الثقب الأسود الصوتي بتكوين أفق داخلي، وهو سطح كروي داخل الثقب الأسود، حيث لم تعد الموجات الصوتية محاصرة داخل الثقب الأسود. ينبعث من هذا الأفق الداخلي إشعاعات دفعت إشعاع هوكينج إضافيًا إلى الثقب الأسود وأدى إلى زيادة كبيرة في إشعاع هوكينج المقاس من النظام.

أول تأكيد مختبري لتنبؤات هوكينج

"إن النتائج التجريبية للبروفيسور جيف ستاينهاور لها أهمية كبيرة واهتمام كبير. يقيس جيف إشعاع هوكينج المنبعث من ثقب أسود تناظري بمعدل ثابت، وفقًا لتنبؤات هوكينج النظرية. يقول البروفيسور عاموس أوري من كلية الفيزياء في التخنيون، وهو خبير في النسبية العامة والثقوب السوداء، "هذا يعطي دعمًا تجريبيًا كبيرًا جدًا لتحليل هوكينج، والذي يتلقى بالفعل تأكيدًا تجريبيًا لأول مرة في تجارب جيف".
ويضيف البروفيسور أوري: "ومع ذلك، أظهرت التجربة الحالية أيضًا أنه بعد فترة معينة، يبدأ الإشعاع المنبعث من النظام التناظري في التكثف بشكل ملحوظ، ويرجع ذلك على ما يبدو إلى تطور الإشعاع القسري بعد تكوين الأفق الداخلي. هذه ظاهرة لم تعد مدرجة في تحليل هوكينج، لذا فهي أكثر إثارة للاهتمام في نظري. إن الظواهر التي لوحظت في هذه التجربة تثير السؤال التالي: هل يمكن للثقوب السوداء الحقيقية أيضًا أن تبعث إشعاعات قسرية قوية، كما فعل الثقب الأسود الصوتي في تجربة جيف؟ في نظري، هذا سؤال رائع، وذو أهمية حاسمة لفيزياء الثقوب السوداء وكذلك للفيزياء الفلكية وعلم الكونيات. 

تسلط هذه النتائج الرائدة الضوء على الضوء وتزود المجتمع العلمي برؤى مهمة حول طبيعة الثقوب السوداء الصوتية والسماوية. ويخلص ستاينهاور إلى أن "هدفنا الجديد على المدى الطويل هو رؤية ما يحدث عندما تدرس الفيزياء بما يتجاوز التقديرات التقريبية التي استخدمها هوكينج، وهي التقديرات التقريبية التي يكون فيها إشعاع هوكينج كميًا ولكن الزمكان كلاسيكي. بمعنى آخر، نريد أن نأخذ في الاعتبار أن الثقب الأسود الصوتي يتكون من جسيمات نقطية تقريبًا."

إلى الصفحة الرئيسية للأستاذ جيف شتاينهاور: 

لمقال في المجلة العلمية فيزياء الطبيعة

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• أصوات الثقب الأسود
• "لقد لفتت مناقشة هوكينج حول الثقوب السوداء الانتباه إلى ضرورة توحيد التعاليم الأساسية في العلوم
• هوكينج: لقد قدمت مساهمة متواضعة في تطوير مجال علم الكونيات في الأربعين سنة الماضية
• رقصة الثقب الأسود