Randen Van Zwarte Gaten Opnieuw Gemaakt In Een Badkuip Van Water

{h1}

Het gebied net buiten de evenementenhorizon van een zwart gat kan een indicatie zijn van superradiance, een nieuwe simulatie met behulp van een gigantisch bad met watershows.

Wiskundigen en wetenschappers hebben de regio rond een zwart gat gesimuleerd met behulp van golven terwijl ze in een eenvoudig vat met water om een ​​afvoer liepen.

De nieuwe simulatie heeft voor de eerste keer een lang voorgestelde theorie bevestigd, genaamd superradiance, over hoe zwarte gaten naar beneden komen, zei mede-onderzoeker Silke Weinfurtner, een wiskundige aan de Universiteit van Nottingham in Engeland.

"Het blijkt dat golven in onze opstelling dezelfde wiskunde volgen, als je wilt, als kleine fluctuaties rond zwarte gaten," vertelde Weinfurtner WordsSideKick.com. "Voor kleine rimpelingen in het systeem lijkt dit een analoog van een roterend zwart gat." [Science Fact of Fiction? De plausibiliteit van 10 sci-fi-concepten]

Black-hole spin

Zwarte gaten, of ongelooflijk massieve en dichte hemellichamen waaruit zelfs geen licht kan ontsnappen, kunnen volledig beschreven worden aan de hand van drie kenmerken: hun massa, hun lading en hun draaiing of impulsmoment. Zwarte gaten scheppen voorwerpen op die voorbij hun gezichtshorizon gaan; zelfs de zwaartekracht kan niet aan hun klauwen ontsnappen. Maar wat er aan de rand van de event horizon van een zwart gat gebeurt, is iets minder duidelijk.

Zwarte gaten kunnen ook sterven. Een manier om deze ultramassieve objecten op te lossen is door een fenomeen dat bekend staat als Hawking-straling. Dit concept, voor het eerst voorgesteld door natuurkundige Stephen Hawking, stelt dat kwantumstraling kan lekken vanaf de randen van een zwart gat door een proces dat bekend staat als quantum-tunneling.

Maar in de afgelopen eeuw hebben veel natuurkundigen, waaronder de beroemde wiskundig natuurkundige Roger Penrose, een andere manier voorgesteld waarop zwarte gaten in wezen kunnen afnemen: golven die langs de rand van het zwarte gat worden gesleept zonder de gebeurtenishorizon te kruisen, kunnen een hoekmoment krijgen als de zwarte gat zelf begint langzamer te draaien.

"Meestal, wanneer je een golf naar een object stuurt, verliest het een deel van zijn energie - de energie zal worden geabsorbeerd door het object of verspreid," zei co-auteur Mauricio Richartz, een natuurkundige aan de Federal University of ABC in Brazilië. "Met superradiance is het andersom: de golf nadert het object en in plaats daarvan wint het energie."

Eén wetenschapper stelde zelfs voor dat een soortgelijk mechanisme van toepassing zou kunnen zijn op elektromagnetische golven als ze een draaiende cilinder naderen. Maar er was geen manier om het te testen omdat de cilinder met bijna de snelheid van het licht zou moeten roteren om detecteerbare niveaus van superradiance te produceren, zei Richartz.

Grote bak met water

Maar Weinfurtner en haar collega's dachten dat er een eenvoudiger manier was om het idee te testen - door water en golven te gebruiken. Weinfurtner probeerde eerst eenvoudige simulaties met een emmer met een gat in de bodem, maar dat leidde juist tot overstromingen.

Voor de nieuwe studie, die op 14 juni in het tijdschrift Nature Physics werd gepubliceerd, gebruikte de groep een meer geavanceerde versie van een badkuip. Het team gebruikte een massieve, 3 meter lange badkuip met een afvoer in het midden. Ze zetten fluorescente groene kleurstof in het water. Boven het bad plaatsten ze lichtdetecterende sensoren die golven op de grens tussen het water en de lucht detecteren, die op zijn beurt veranderingen in de golfsnelheid in het water meet. Een speciaal stuk papier met daarin geperforeerde kleine gaten werd ook gebruikt om de vloeistofstroom in het gebied rond de vortex te volgen. Toen de golven het cirkelende "zwarte gat" van de afvoer naderden, werden ze afgebogen met ongeveer 14 procent meer amplitude of hoogte tot de golven, wat betekent dat ze daadwerkelijk energie hadden gewonnen.

De nieuwe bevindingen tonen aan dat het fenomeen van superradiance verrassend robuust is, zelfs wanneer de omstandigheden niet ideaal zijn, zei Weinfurtner.

"Wat als je geen strikte horizon hebt? Wat als er weer iets kan ontsnappen?" Weinfurtner zei.

(Uiteraard kunnen er veel dingen ontsnappen uit een leeg bakje water, in tegenstelling tot een echt zwart gat.)

Het bleek dat zelfs deze imperfecte systemen het fenomeen aantoonden.

"Door een oud analoog experiment met watergolven uit te breiden op een technisch uitdagende en fantasierijke manier, hebben Silke Weinfurtner en haar collega's de eerste laboratoriumdemonstratie van het fundamentele fenomeen van superradiance gecreëerd," Michael Berry, een fysicus aan de universiteit van Bristol die niet betrokken was bij het werk, schreef in een e-mail aan WordsSideKick.com. [De vreemdste zwarte gaten in het universum]

Donkere materie en astrofysische vragen

De nieuwe methode zou ook een geweldige testomgeving kunnen zijn om meer te leren over de mysterieuze hemellichamen, zei Luis Lehner, een fysicus van het Perimeter Institute in Canada die niet betrokken was bij het onderzoek.

"Zwarte gaten zijn nog steeds erg raadselachtige objecten", dus het feit dat ze in staat zijn om een ​​deel van hun gedrag in een gecontroleerde laboratoriumomgeving te bestuderen, zal verdere intuïtie over hen verschaffen, voegde Lehner eraan toe.

De bevindingen zouden ook kunnen helpen bij het beperken van sommige modellen van donkere materie, het mysterieuze materiaal dat een zwaartekracht uitoefent en het grootste deel van de massa van het universum uitmaakt, maar heeft geen interactie met licht, zei Lehner.

In één type model bestaat bijvoorbeeld donkere materie uit een enorm veld. Voor sommige parameters zou de interactie van dit donkere materieveld de hoekrotatie van het zwarte gat via superstraling aanzienlijk vertragen.

"Zo kunnen metingen van black-hole spins worden gebruikt om deze modellen van donkere materie te beperken," zei Lehner.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Problemen bij afkitten? zie hoe je netjes kan afkitten.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com