Новини науки

Учені вперше створили в надтекучому гелії гігантський квантовий вихор, що імітує чорну діру. Аналіз показує, як чорні діри взаємодіють із навколишнім середовищем.

Дослідники з Великої Британії створили гігантський закручений вихор всередині надтекучого гелію, охолодженого до мінімально можливих температур. Спостереження за динамікою найдрібніших хвиль на поверхні надплинної рідини показали, що квантові торнадо імітують гравітаційні умови поблизу чорних дір, що обертаються.

Вчені розробили спеціальну кріогенну систему, об’ємом кілька літрів надтекучого гелію за температури нижче -271 °C. У таких екстремальних умовах рідкий гелій набуває незвичайних квантових властивостей. На відміну від інших квантових систем – ультрахолодних атомарних газів або “рідкого світла” (поляритонного конденсату) – у надптекучому гелії дослідникам вдалося запустити стабільні вихори.

Надтекучий гелій містить крихітні об’єкти, звані квантовими вихорами, які мають тенденцію відштовхуватися в різні боки. У нашій установці нам вдалося утримати десятки тисяч цих квантів у компактному об’єкті, що нагадує невеликий торнадо, досягнувши вихрового потоку з рекордною для квантових рідин силою, – говорить Патрік Сванкара, співавтор дослідження з Ноттінгемського університету.

Квантовий вихор у надтекучому гелії. Фото: Leonardo Solidoro

Дослідники виявили паралелі між вихровим потоком і гравітаційним впливом чорних дір на навколишній простір-час. Це відкриває можливості для моделювання та вивчення умов поблизу невидимих надмасивних об’єктів. У перспективі це допоможе зрозуміти, як квантові поля поводяться у викривленому просторі-часі поблизу від астрофізичних чорних дір.

Цікаві факти про чорні діри

Визначення: Чорна діра — це об’єкт в космосі з настільки сильним гравітаційним тяжінням, що ніщо, навіть світло, не може вирватися з нього, що робить його “невидимим”.

Типи чорних дір: Існує кілька типів чорних дір, включаючи зоряні чорні діри, які формуються після колапсу великих зірок, і супермасивні чорні діри, які знаходяться в центрах більшості галактик.

Спостереження: Незважаючи на те, що чорні діри не можна побачити безпосередньо, астрономи можуть виявляти їх за допомогою вивчення впливу їх гравітації на навколишній космос та випромінювання, що виникає, коли матерія поглинається чорною дірою.

Горизонт подій: Це межа навколо чорної діри, за якою події не можуть впливати на зовнішнього спостерігача. Якщо матерія або світло перетинають цю межу, вони не можуть повернутися назад.

Хокінгове випромінювання: Стівен Хокінг передбачив, що чорні діри не є повністю “чорними”, а випускають невеликі кількості термального випромінювання через квантові ефекти біля горизонту подій. Це випромінювання називається Хокінговим випромінюванням і може призвести до того, що чорна діра з часом “випарується”.