1974. aastal tegi Stephen Hawking ühe oma kuulsaima ennustuse: mustad augud aurustuvad lõpuks täielikult.
Hawkingi teooria kohaselt ei ole mustad augud ideaalselt "mustad", vaid eraldavad tegelikult osakesi. Hawking uskus, et see kiirgus võib mustadest aukudest piisavalt energiat ja massi kasutada, et need kaoksid. Teooria arvatakse olevat tõene, kuid kunagi arvati, et seda on peaaegu võimatu tõestada.
Kuid esmakordselt on füüsikud seda vaevalist Hawkingi kiirgust näidanud - vähemalt laboris. Ehkki Hawkingi kiirgus on meie praeguste instrumentide abil kosmoses tuvastamiseks liiga nõrk, nägid füüsikud seda kiirgust nüüd musta augu analoogis, mis on loodud helilainete ja mõne universumi külmema, veidraima aine abil.
Osakeste paarid
Mustad augud avaldavad nii uskumatult võimsat gravitatsioonijõudu, et isegi valguse kiirusel liikuv footon ei pääsenud. Kui tavaliselt peetakse ruumi vaakumit tühjaks, siis kvantmehaanika ebakindlus tingib, et vaakum kujutab hoopis virtuaalseid osakesi, mis lendavad ja eksisteerivad mateeria-antimaterjalipaarides. (Antimaterjalide osakeste mass on sama, mis nende mateeria kolleegidel, kuid vastupidine elektrilaeng.)
Tavaliselt hävitavad nad pärast paari virtuaalsete osakeste ilmumist teineteist kohe. Musta augu kõrval tõmbavad äärmuslikud raskusjõud selle asemel aga osakesed laiali, kusjuures üks osake neelab musta augu, kui teine laseb kosmosesse. Neeldunud osakesel on negatiivne energia, mis vähendab musta augu energiat ja massi. Neelake piisavalt neid virtuaalseid osakesi ja must auk aurustub lõpuks. Põgenev osake saab nimeks Hawkingi kiirgus.
See kiirgus on piisavalt nõrk, et praegu pole seda kosmoses võimalik jälgida, kuid füüsikud on välja mõelnud väga loomingulised viisid selle mõõtmiseks laboris.
Juga sündmuste horisont
Füüsik Jeff Steinhauer ja tema kolleegid Haifi Technis - Iisraeli Tehnoloogiainstituudis kasutasid musta augu sündmushorisondi modelleerimiseks äärmiselt külma gaasi, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks - nähtamatut piiri, millest ületamata ei pääse midagi. Selle gaasi voolavasse voogu paigutasid nad kalju, luues gaasi "juga"; kui gaas voolas üle juga, muutis see piisavalt potentsiaalset energiat kineetiliseks energiaks, et voolata kiiremini kui heli kiirus.
Mateeria ja antimaterjalide osakeste asemel kasutasid teadlased gaasivoolus fononeid ehk kvanthelilaineid. Aeglasel küljel olev foon võis liikuda vastu gaasi voolu juga juurest eemale, samal ajal kui kiirel küljel olev foon ei saanud ülehelikiirusega gaasi "musta auku" kinni jääda.
"See on nagu siis, kui prooviksite ujuda voolu vastu, mis läheb kiiremini, kui saaksite ujuda," rääkis Steinhauer Live Science'ile. "Teil oleks tunne, nagu läheksite edasi, aga läheksite tõesti tagasi. Ja see on analoogne musta auku footoniga, kes üritab mustast august välja pääseda, kuid tõmbab raskusjõu abil vales suunas."
Hawking ennustas, et eralduvate osakeste kiirgus toimub lainepikkuste ja energia pidevas spektris. Ta ütles ka, et seda võib kirjeldada ühe temperatuuriga, mis sõltus ainult musta augu massist. Hiljutine eksperiment kinnitas mõlemat ennustust helilises mustas augus.
"Need katsed on turismiobjekt," rääkis Live Science'ile Pariisi-Sudi ülikooli Laboratoire de Physique Théorique teoreetiline füüsik Renaud Parentani. Parentani uurib ka analoogseid mustaid auke, kuid teoreetilise nurga alt; ta ei olnud uude uuringusse kaasatud. "See on väga täpne eksperiment. Eksperimentaalsest küljest on Jeff praegu tõesti maailma juhtiv ekspert, kes kasutab külma aatomi musta augu füüsika proovile panemiseks."
Parentani aga rõhutas, et see uuring on "üks samm pikal protsessil". Täpsemalt, see uuring ei näidanud fonoonipaaride korrelatsiooni kvanttasandil, mis on Hawkingi ennustuste teine oluline aspekt.
"Lugu jätkub," ütles Parentani. "See pole sugugi lõpp."
