מדענים בטכניון יצרו חור שחור הלוכד גלי קול

חור שחור שנוצר על ידי מדען בטכניון לא יחריב את כדור הארץ, אבל הוא עשוי לשכך מעט מהרעש שעל פניו

באמצעות עיבוי בוזה-אינשטיין יצרו המדענים חור שחור לגלי קול. המחקר החדש עשוי לסייע למדענים ללמוד עוד על חורים שחורים גלקטיים ולאשש את קיומה של קרינת הוקינג, שעדיין לא התגלתה.

אחד המניעים לבניית מאיץ החלקיקים הגדול – LHC, שנמצא ליד ז’נבה, שהופעל בספטמבר האחרון, הוא הרצון לבחון את נכונות השארתו הידועה של סטיבן הוקינג, שטרם הוכחה, לפיה חורים שחורים, חרף הגדרתם כגופים שמימיים שאינם פולטים דבר, מפיצים קרינה, לרבות חלקיקי אור. אבל, אם לא יצליחו מפעילי ה – LHC להשיבו לפעולה במהירה, יתכן שאפשר יהיה למצוא את מה שמכונה “קרינת הוקינג” בניסוי שבוצע לאחרונה במעבדה בפקולטה לפיסיקה בחיפה.

“חור שחור קולי דומה לחור שחור גלקטי כיוון שהגלים נשאבים פנימה ואינם יכולים לברוח”, אמר ד”ר ג’ף סטיינהאור, ראש קבוצת המחקר. “ההבדל היחיד הוא שכאן אנו משתמשים בגלי קול במקום בגלי אור”.כדי ליצור את החור השחור הקולי נדרשו המדענים ליצור קודם לכן עיבוי בוזה-איינשטיין – עננה של אטומים שקוררו כמעט לאפס המוחלט. אטומים אלה מתנהגים כמו גל אור. המדענים הישראלים יצרו בפועל שתי עננות של אטומי רובידיום 87, שצוננו לכמה ננו-קלווין והופרדו במרווח קטן.

הרווח הוא הסוד. רווח זה, המכונה “היפוך צפיפות”, יוצר אזור של צפיפות נמוכה מאוד, המאפשרת לאטומים לנוע בין  שתי העננות, ללא הפרעה, במהירות של כשלושה מילימיטר בשנייה – יותר מפי 4 ממהירות הקול. זהו היפוך כי בניגוד לאטמוספירה של כדור הארץ, שם העננים קלים יותר מן האוויר שמתחתם, העננים בעיבוי בוזה-אינשטיין צפופים יותר מהחלל שמתחתם. מאחר והאטומים שנעים בין העננים מהירים מן הקול, כל גל קול שינסה לברוח החוצה יישאר מאחור, ולא יצליח לעבור מעבר למה שמכונה “אופק ארועים” – השפה המגדירה את גבולות החור השחור. “זה כמו מישהו שמנסה לנוע לאט נגד זרם מהיר”, כדברי ד”ר סטיינהאואר. “גלי הקול מפגרים כיוון שהזרם נע מהר יותר מהגלים”.

מדענים צפו בחור השחור הקולי במשך שמונה מילי-שניות, באמצעות לייזרים. מאחר שזהו חור שחור קולי, ולא חור שחור אמיתי, גלי אור, הנעים במהירות גבוהה בהרבה מזו של גלי קול, יכולים לברוח ממנו ולאפשר את הצפייה בתופעה.

לדברי ג’יימס אנגלין, פרופסור ב- Technische Universitat Kaiserslautern, מדענים בגרמניה, ארה”ב ואוסטרליה ניסו ליצור חור שחור קולי מאז שהפיסיקאי הקנדי ביל אונרו העלה את הנושא תיאורטית. אבל סטיינהאור ועמיתיו היו הראשונים שהצליחו ליצור חור כזה בפועל.

“הניסוי של ג’ף מאשר שאכן ניתן ליצור שטף על-קולי יציב בגז סופר-פלואידי”, אומר אנגלין. “המחקר יתן לנו פרספקטיבה חדשה על כמה נושאים עמוקים הקשורים במכניקה קוונטית, תרמודינמיקה וכבידה””.
קרינת הוקינג, שנובאה לראשונה על ידי הפיסיקאי סטיבן הוקינג ב-1974, היא קרינה הנפלטת, תיאורטית, מאזור אופק המאורע של החור השחור. קיומה פירושו שחומר יכול לברוח מחור שחור אמיתי.  במצב כזה, אם כמות החומר שתיפלט מחור שחור גדולה מכמות המסה הנכנסת, החור השחור ייעלם בסופו של דבר. למרות מאמצים ממושכים ורבים לא הצליחו מדענים להוכיח עד כה את קיומה של קרינת הוקינג. על פי התיאוריה, קרינת הוקינג נמוכה מעט מהטמפרטורה של קרינת הרקע בחלל, ולכן קשה לאתרה.

ד”ר סטיינהאור מתכנן להשתמש בחור השחור הקולי על מנת לאשר את קיומה של קרינת הוקינג, שכאמור נובאה אך טרם נצפתה.

בחור שחור קולי, המקבילה של קרינת הוקינג היא עננה של פונונים, שהם חבילות רווטות של אנרגיה המתנהגות כחלקיקים. פונונים שבורחים מחור שחור ניתנים לאיתור בקלות, כעננה קטנה בין שתי העננות הגדולות של עיבוי בוזה-אינשטיין, או בדרך קשה יותר, כעננה אחת הרובצת על עננה אחרת. “גילוי של עננת פונונים כזו לא יהיה הוכחה מוחלטת לקרינת הוקינג, אבל היא תוסיף ראיה נסיונית לקיומה”, אומר ד”ר סטיינהאור.

“מדובר בהבנה של חוקי הפיזיקה הבסיסיים,” הוא מוסיף. “לא ברור לי במה יועיל המחקר לחיי היום יום, אבל אנחנו, כבני אנוש, רוצים להבין כיצד פועל היקום”.

בתמונה:  ד”ר ג’ף סטיינהאור, ראש קבוצת המחקר