Согласно общей теории относительности, черная дыра неизбежна. И в общей теории относительности она не излучает электромагнитного излучения.
Но согласно теории Хокинга, выдвинутой в 1974 году, черная дыра излучает что-то, когда вы добавляете к общей теории относительности квантовую механику: теоретический тип электромагнитного излучения, называемый, соответственно, излучением Хокинга.
Это теоретическое излучение напоминает излучение черного тела, вызванное температурой черной дыры, которая обратно пропорциональна ее массе. Однако на самом деле обнаружить его гораздо сложнее, чем просто говорить о его существовании. Это излучение, если оно существует, было бы слишком слабым, чтобы его можно было найти с помощью наших современных приборов.
И измерять температуру черной дыры — тоже нелегкая задача. Черная дыра с массой Солнца будет иметь температуру всего 60 нК. Космическое микроволновое фоновое излучение, которое оно будет поглощать, будет намного выше, чем излучение Хокинга, и чем больше черная дыра, тем меньше эта температура.
Но в научных лабораториях работают, чтобы создать аналоги черной дыры для изучения механизмов, происходящих в ней. Одна из таких систем состоит из кластера ультрахолодных атомов рубидия, охлажденных до нескольких миллиардов градусов выше абсолютного нуля. Они называются бозе-эйнштейновскими конденсатами.
Когда этот конденсат начинает течь, он создает нечто, называемое акустической черной дырой: этот объект улавливает звук (фононы) вместо света (фотоны). На высокоэнергетической стороне эксперимента конденсат течет медленно; на низкоэнергетической стороне он течет быстрее. Промежуточным звеном является звуковой «горизонт событий».
Как продемонстрировал физик Джефф Штайнхауэр из Техниона — Израильского технологического института в 2016 году, когда пара запутанных фононов появляется на этом горизонте событий, один из них отталкивается низкоскоростным конденсатом — это аналог излучения Хокинга.
Между тем, высокоскоростной конденсат движется быстрее, чем другой фонон, поэтому он поглощается аналоговой черной дырой — так думала команда Штайнхауэра. Но Ульф Леонардт, который руководил экспериментом с оптическим волокном, который провели в этом году, обнаружил, что это статистическая аномалия, поэтому команда вернулась и уточнила свой эксперимент.
Их новый результат еще раз показывает, что один фонон выталкивается в гипотетическое пространство, а другой поглощается гипотетической черной дырой. На этот раз места для неуверенности гораздо меньше — Леонхардт выглядел довольно взволнованным.
«Я действительно поздравляю Джеффа с его работой, которая является важным шагом для научного сообщества, — рассказал он. — Это то, чем он должен гордиться, и то, что мы все должны отмечать как отличную газету».
Но эксперимент также дал другой результат.
«Главная новизна работы — это умная схема обнаружения, которую они используют для извлечения температуры испускаемого излучения», — написал математик Сильке Вайнфуртнер из Ноттингемского университета в редакционной статье.
Итак, доказательства того, что Хокинг был прав, накапливаются, но этот новый метод определения температуры аналоговой черной дыры может помочь нам глубже понять ее термодинамику.