Je těžké udělat v laboratoři černou díru. Musíte nasbírat hromadu hmoty, mačkat ji, dokud se gravitačně nezhroutí na sebe, pracovat, pracovat, pracovat. Je to tak těžké, že jsme to nikdy nedělali. Můžeme však vytvořit simulovanou černou díru pomocí nádrže s vodou a může nám říct zajímavé věci o tom, jak černé díry fungují.
Vodní simulace černých děr jsou možné, protože matematika, která popisuje chování vody, je podobná matematice, která popisuje chování věcí, jako jsou gravitační vlny. Gravitační interakce probíhají způsoby podobnými tekutinám, takže k jejich studiu můžete tekutinu použít. Tyto modely vody však mají svá omezení, takže při studiu vodních simulací musíte být opatrní.
Jedním z problémů vodních modelů černých děr je, že musíte simulaci řídit, abyste ji udrželi v chodu. Předpokládejme, že chcete studovat, jak může být hmota zachycena černou dírou. Černou díru můžete simulovat vodním vírem, podobným víru podobnému tornádu, který občas vidíte při vypouštění vany. Chcete-li udržet vír v chodu, musíte svůj systém napájet tak, aby vzor zůstal stabilní dostatečně dlouho, abyste získali dobrá data.
Z tohoto důvodu se obecně mělo za to, že vodní modely nemohou vykazovat efekt, který by měl nastat u skutečných černých děr, známý jako zpětná reakce. Zpětná reakce nastává, když dojde k interakci, kdy objekt zpětně reaguje se svým okolím. Například když černá díra zachycuje hmotu, její hmotnost se zvyšuje. Tento nárůst hmoty mění způsob, jakým černá díra zakřivuje prostor kolem sebe, a tím mírně mění okolní prostor. Zpětná reakce je důležitým fenoménem, ale je nenápadný a obtížně studovatelný.
Vodní vír simulující černou díru. Kredit: University of Nottingham
Nedávno však tým zjistil, že zpětnou reakci lze vidět v modelech simulace vody. Výzkum zkoumal, jak může pozadí gravitačních vln interagovat s rotující černou dírou. Ve svém vodním modelu vytvořili vodní vír simulující černou díru a poté vytvořili vlnění vln směrem k víru. Reakce mezi vírem a vlněním způsobila, že vír rostl rychleji, než by normálně rostl. Tímto způsobem by gravitační vlny mohly urychlit růst černé díry prostřednictvím zpětné reakce.
Ve vodní simulaci byla zpětná reakce dostatečně silná, aby tým viditelně viděl pokles hladiny vody v nádrži, když k ní došlo, což dokazuje, že reakce může nastat v krátkém časovém měřítku.
I když je tato studie sama o sobě zajímavá, práce také ukazuje, že zpětná reakce musí být brána v úvahu u mnoha simulací vody. Obvykle se předpokládalo, že simulace vodního víru mohou předpokládat stacionární pozadí, což znamená, že jakákoli zpětná reakce může být v modelu ignorována. Tato práce ukazuje, jak tento předpoklad nemusí fungovat při studiu jiných efektů černých děr, jako je Hawkingovo záření.
Chvíli potrvá, než bude možné v laboratoři vytvořit skutečné černé díry. Naštěstí nás vodní simulace, jako je tato, mají stále co učit.
Odkaz:Goodhew, Harry a spol. “ Zpětná reakce v analogovém experimentu s černou dírou .'Fyzické kontrolní dopisy126,4 (2021): 041105
