Em 1974, Stephen Hawking levantou a hipótese de que a atração gravitacional mais escura do universo, os buracos negros, não era a estrela negra que os astrônomos imaginam, mas que emitia luz automaticamente – um fenômeno agora chamado de radiação de Hawking.
O problema é que nenhum astrônomo jamais observou a misteriosa radiação Hawking e, como se esperava que fosse muito fraca, talvez nunca o façam. E é por isso que os cientistas de hoje estão fazendo seus próprios buracos negros.
Isso é exatamente o que os pesquisadores do Instituto de Tecnologia Israelense Technion fizeram. Eles fizeram um análogo de um buraco negro de alguns milhares Átomos. Eles estavam tentando confirmar duas das previsões mais importantes de Hawking, que a radiação de Hawking se origina do nada e que não muda em intensidade com o tempo, o que significa que é constante.
“O buraco negro deve irradiar como um corpo negro e é basicamente um objeto de emissão estável e quente InfravermelhoCo-autor do estudo Geoff Steinhower, Professor Associado de Física no Instituto de Tecnologia Technion-Israel, Ele disse em um comunicado. “Hawking sugeriu que os buracos negros são como estrelas regulares, que emitem certo tipo de radiação o tempo todo, constantemente. Isso é o que queríamos confirmar em nosso estudo, e o fizemos.”
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Horizonte de eventos
O gravidade Um buraco negro é tão poderoso que mesmo a luz não consegue escapar de seu alcance, uma vez que o fóton ou partícula de luz passa o ponto sem retorno, que é chamado Horizonte de eventos. Para escapar desses limites, uma partícula tem que violar as leis da física e viajar mais rápido do que a velocidade da luz.
Hawking mostrou que, embora nada possa escapar do horizonte de eventos, os buracos negros ainda podem emitir luz automaticamente das fronteiras, graças à mecânica quântica e algo chamado “partículas virtuais”.
Conforme explicado por Heisenberg O princípio da incertezaAté mesmo todo o vazio do espaço está repleto de pares de partículas “virtuais” que aparecem e desaparecem da existência. Normalmente, essas partículas que passam com energias opostas destroem-se umas às outras quase que instantaneamente. Mas, devido à intensa atração gravitacional no horizonte de eventos, Hawking sugeriu que pares de fótons poderiam ser separados, de modo que um buraco negro absorveria uma partícula e a outra escaparia para o espaço. O fóton absorvido tem energia negativa e emite energia na forma de massa do buraco negro, enquanto o fóton que escapa se transforma em radiação Hawking. Só com isso, com tempo suficiente (muito mais do que a vida do universo), um buraco negro poderia evaporar completamente.
A teoria de Hawking foi revolucionária porque ele combinou a física da teoria quântica de campos em geral RelatividadeA teoria de Einstein que descreve como a matéria é deformada Tempo livreSteinhauer disse ao Live Science. “Ainda ajuda as pessoas a buscarem novas leis da física estudando a combinação dessas duas teorias em um exemplo físico. As pessoas querem verificar essa radiação quântica, mas é muito difícil ter um buraco negro real porque a radiação de Hawking é muito fraca em comparação com a radiação de fundo do espaço. “.
Este problema inspirou Steinhower e seus colegas a criar seu próprio buraco negro – que é muito mais seguro e menor do que os buracos reais.
Buraco negro faça você mesmo
O buraco negro do laboratório dos pesquisadores foi formado a partir de um fluxo de gás de cerca de 8.000 Rubídio Os átomos foram resfriados a quase zero absoluto e mantidos no lugar por um feixe de laser. Eles criaram uma condição misteriosa para a matéria, conhecida como Capacitor Bose-Einstein (BEC), que permite que milhares de átomos trabalhem juntos em uníssono como se fossem um milho.
Usando um segundo feixe de laser, a equipe criou uma rampa de Energia potencial, Fazendo com que o gás flua como uma corrente de água em uma cachoeira, criando assim um horizonte de eventos onde metade do gás flui mais rápido do que A velocidade do som, A outra metade é mais lenta. Neste experimento, a equipe estava procurando pares de fônons, ou ondas sonoras quânticas, em vez de pares de fótons, que se formam espontaneamente no gás.
Steinhower explicou que o fônon na metade mais lenta pode se mover contra o fluxo de gás para longe da escarpa, enquanto o fônon na metade mais rápida fica preso na velocidade do fluxo supersônico do gás. “É como tentar nadar contra um riacho mais rápido do que você pode nadar. [That’s] Assim como em um buraco negro, uma vez que você entra, é impossível alcançar o horizonte. “
Uma vez que esses pares de fônons foram encontrados, os pesquisadores tiveram que confirmar se eles estavam interconectados e se a radiação de Hawking permaneceu constante ao longo do tempo (se estiver). Esse processo foi difícil porque cada vez que eles capturam uma imagem de um buraco negro, ele é destruído pelo calor gerado pelo processo. Portanto, a equipe repetiu seu experimento 97.000 vezes e levou mais de 124 dias de medições contínuas para encontrar as correlações. No final das contas, a paciência deles valeu a pena.
“Mostramos que a radiação de Hawking era constante, o que significa que não mudou com o tempo, que é exatamente o que Hawking previu”, disse Steinhower.
Os pesquisadores detalharam suas descobertas em 4 de janeiro na revista Física da Natureza.
Originalmente publicado na Live Science.
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