Tilbageaktion observeret for første gang i sort hul-simulering i vandtank

Forskere har afsløret ny indsigt i sorte hullers adfærd med forskning, der viser, hvordan et fænomen kaldet tilbagereaktion kan simuleres.

Holdet fra University of Nottingham har brugt deres simulering af et sort hul, involverer en specialdesignet vandtank, for denne seneste forskning offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve . Denne undersøgelse er den første til at demonstrere, at udviklingen af ​​sorte huller som følge af felterne omkring dem kan simuleres i et laboratorieeksperiment.

Forskerne brugte en vandtanksimulator bestående af en drænende hvirvel, som den der dannes når man trækker stikket i badekarret. Dette efterligner et sort hul, da en bølge, der kommer for tæt på afløbet, bliver trukket ned i stikhullet, ude af stand til at flygte. Systemer som disse er blevet mere og mere populære i løbet af det sidste årti som et middel til at teste gravitationsfænomener i et kontrolleret laboratoriemiljø. I særdeleshed, Hawking-stråling er blevet observeret i et analogt sort hul-eksperiment, der involverer kvanteoptik.

Ved at bruge denne teknik viste forskerne for første gang, at når bølger sendes ind i et analogt sort hul, egenskaberne for selve det sorte hul kan ændre sig betydeligt. Den mekanisme, der ligger til grund for denne effekt i deres særlige eksperiment, har en bemærkelsesværdig enkel forklaring. Når bølgerne kommer tæt på afløbet, de skubber effektivt mere vand ned i stikhullet, hvilket får den samlede mængde vand i tanken til at falde. Dette resulterer i en ændring i vandhøjden, hvilket i simuleringen svarer til en ændring i det sorte huls egenskaber.

Hovedforfatter, Post-doc forsker Dr. Sam Patrick fra University of Nottingham School of Mathematical Sciences forklarer:"I lang tid, det var uklart, om tilbagereaktionen ville føre til nogen målbare ændringer i analoge systemer, hvor væskestrømmen drives, for eksempel, ved hjælp af en vandpumpe. Vi har vist, at analoge sorte huller, ligesom deres gravitationsmodstykker, er iboende tilbagereagerende systemer. Vi viste, at bølger, der bevæger sig i et drænende badekar, skubber vand ned i stikhullet, ændring af drænhastigheden væsentligt og som følge heraf ændring af den effektive tyngdekraft af det analoge sorte hul.

Det, der virkelig var slående for os, er, at tilbagereaktionen er stor nok til, at den får vandhøjden over hele systemet til at falde så meget, at man kan se det med øjet! Dette var virkelig uventet. Vores undersøgelse baner vejen for eksperimentelt at undersøge interaktioner mellem bølger og de rumtider, de bevæger sig igennem. For eksempel, denne type interaktion vil være afgørende for at undersøge sorte huls fordampning i laboratoriet."

Sort hul-forskning ved University of Nottingham har for nylig modtaget et 4,3 millioner punds finansieringsboost til et tre-årigt projekt, der har til formål at give yderligere indsigt i fysikken i det tidlige univers og sorte huller.

Forskerholdet vil bruge kvantesimulatorer til at efterligne de ekstreme forhold i det tidlige univers og sorte huller. Nottingham-teamet vil bruge et nyt statslaboratorium til at opsætte et nyt hybrid superfluid optomekanisk system til at efterligne kvantesorte hul-processer i laboratoriet.