Forskere laver bølger med sorte hul-forskning

Forskere ved University of Nottingham har taget et betydeligt spring fremad med hensyn til at forstå, hvordan et af universets mysterier fungerer. De har med succes simuleret forholdene omkring sorte huller ved hjælp af et specialdesignet vandbad.

Deres resultater kaster nyt lys over de sorte hullers fysik med det første laboratoriebevis for fænomenet kendt som superradiance, opnås ved at bruge vand og en generator til at skabe bølger.

Forskningen - Rotational superradiant scattering in a vortex flow - er blevet offentliggjort i Naturfysik . Det blev foretaget af et hold i Quantum Gravity Laboratory i School of Physics and Astronomy.

Arbejdet blev ledet af Silke Weinfurtner fra School of Mathematical Sciences. I samarbejde med et tværfagligt team designede og byggede hun det sorte huls 'bad' og målesystem til at simulere sorte huls forhold.

Dr. Weinfurtner sagde:"Denne forskning har været særlig spændende at arbejde på, da den har samlet fysikernes ekspertise, ingeniører og teknikere for at nå vores fælles mål om at simulere betingelserne for et sort hul og bevise, at overmodighed eksisterer. Vi tror på, at vores resultater vil motivere yderligere forskning i observation af superstråling i astrofysik."

Hvad er superradiance?

Nottingham-eksperimentet var baseret på teorien om, at et område umiddelbart uden for begivenhedshorisonten for et roterende sort hul - et sort huls gravitationspunkt uden retur - vil blive trukket rundt af rotationen og enhver bølge, der kommer ind i dette område, men går ikke forbi begivenhedshorisonten, bør afbøjes og komme ud med mere energi, end den bar på vejen ind - en effekt kendt som superradiance.

Superadiance - udvindingen af ​​energi fra et roterende sort hul - er også kendt som Penrose Mechanism og er en forløber for Hawking Radiation - en kvanteversion af sorthuls superstråling.

Hvad er der i Black Hole Lab?

Dr. Weinfurtner sagde:"Nogle af de bizarre sorte hul-fænomener er svære, hvis ikke, umuligt at studere direkte. Det betyder, at der er meget begrænsede eksperimentelle muligheder. Så denne forskning er noget af en præstation."

'Flumen', er specialdesignet 3m lang, 1,5 m bredt og 50 cm dybt badekar med hul i midten. Vand pumpes i et lukket kredsløb for at etablere et roterende dræningsflow. En gang på den ønskede dybde blev der genereret bølger med forskellige frekvenser, indtil den supradiante spredningseffekt er skabt og registreret ved hjælp af en specialdesignet 3D-luftvæskegrænsefladesensor.

Små prikker af hvidt papir udstanset af en specialtilpasset symaskine blev brugt til at måle flowfeltet - hastigheden af ​​væskestrømmen rundt om det analoge sorte hul.

Det hele startede fra en ydmyg begyndelse

Denne forskning har været mange år undervejs. Den første idé til at skabe en supperstrålende effekt med vand startede med en spand og bidet. Dr. Weinfurtner sagde:"Denne forskning er vokset fra en ydmyg begyndelse. Jeg havde den første idé til et vandbaseret eksperiment, da jeg var på International School for Advanced Studies (SISSA) i Italien, og jeg lavede et eksperiment med en spand og et bidet Men da det forårsagede en oversvømmelse, blev jeg hurtigt fundet et laboratorium at arbejde i!

Efter hendes postdoc, Dr. Weinfurtner arbejdede videre med Bill Unruh, den canadisk fødte fysiker, som også har ydet afgørende bidrag til vores forståelse af tyngdekraften, sorte huller, kosmologi, kvantefelter i buede rum, og grundlaget for kvantemekanikken, herunder opdagelsen af ​​Unruh-effekten.

Hendes flytning til University of Nottingham accelererede hendes forskning, da hun var i stand til at oprette sin egen forskningsgruppe med støtte fra maskinværkstedet på School of Physics and Astronomy.