تساعد دوامة السوائل الفائقة التي يتم التحكم فيها في المختبر الفيزيائيين على معرفة المزيد عن سلوك الثقوب السوداء.
الدوامة المتولدة في الهيليوم المبرد بجزء بسيط فوق الصفر المطلق تحاكي بيئة الجاذبية لهذه الأجسام بدقة شديدة توفر نظرة غير مسبوقة حول كيفية سحب الفضاء وتشويهه – الزمن حولها.
“إن استخدام الهيليوم فائق السيولة سمح لنا بدراسة الموجات السطحية الصغيرة بتفاصيل ودقة أكبر من تجاربنا السابقة في الماء”. يشرح الفيزيائي باتريك سفانتارا من جامعة نوتنغهام في المملكة المتحدة، الذي قاد البحث.
“نظرًا لأن لزوجة الهيليوم فائق السيولة منخفضة للغاية، فقد تمكنا من دراسة تفاعلها بدقة مع الإعصار فائق السيولة ومقارنة النتائج مع توقعاتنا النظرية.”
من المحتمل أن تكون الثقوب السوداء هي أغرب الأشياء وأكثرها تطرفًا في الكون بأكمله المليء بالأشياء الغريبة جدًا. كما أنها من الصعب دراستها. لا ينبعث منها أي إشعاع يمكننا اكتشافه؛ يمكننا فقط رؤية ضوء الفضاء من حولهم مباشرة. لكن لدينا دراسات نظرية جيدة جدًا يمكنها وصف سلوكهم الملحوظ بدقة تامة.
إحدى الطرق لمعرفة المزيد عنها هي إنشاء نظائرها للثقوب السوداء. هذه تجارب يمكنها إعادة إنشاء نظرية الثقوب السوداء لتوضيح جوانب أخرى من سلوكها. أحد أنواع الثقب الأسود التناظري هو الدوامة أو الدوامة.
أي مادة تقترب بدرجة كافية من الثقب الأسود تبدأ في الدوران حولها، ثم تسقط عليها، مثل دوامة الماء وقرقرتها في المجاري.
هذه المقارنة وثيقة الصلة بالموضوع لدرجة أن العلماء قاموا ببناء دوامات مائية لدراسة سلوك الثقوب السوداء. ومع ذلك، أراد سافانتارا وزملاؤه الذهاب إلى أبعد من ذلك، باستخدام الهيليوم فائق السيولة.
وهو أحد نظائر الهيليوم – الهيليوم -4 – الذي تم تبريده إلى -271 درجة مئوية (-456 فهرنهايت)، أي أعلى بقليل. الصفر المطلق. عند درجة الحرارة شديدة البرودة، تتباطأ بوزونات الهيليوم-4 بما يكفي لتتداخل وتتصرف مثل ذرة فائقة واحدة – سائل ذو لزوجة صفرية، أو سائل فائق.
استغل الفريق الخصائص الكمومية غير العادية لسائل الهيليوم-4 الفائق لتوليد نوع من “الإعصار الكمي”.
“يحتوي الهيليوم فائق السائل على أجسام صغيرة تسمى الدوامات الكمومية، والتي تميل إلى الابتعاد عن بعضها البعض.” يقول سفانكارا. “في إعدادنا، تمكنا من حصر عشرات الآلاف من هذه الكمات في جسم مدمج يشبه إعصارًا صغيرًا، وبالتالي الحصول على تدفق دوامي بقوة قياسية في مجال الموائع الكمومية.”
ومن خلال دراسة هذا الإعصار، تمكن الباحثون من تحديد أوجه التشابه بين تدفق الدوامة وتأثير الثقب الأسود الدوار على الزمكان المنحني حوله. ولاحظ الباحثون بشكل خاص موجات ثابتة مشابهة لتلك الموجودة في الثقب الأسود. الدول المرتبطةوإثارات مشابهة لحلقة الثقب الأسود المتكون حديثًا.
وهذه فقط البداية. والآن بعد أن أثبت الباحثون أن تجربتهم تعمل كما هو متوقع، تستعد الدوامة لفتح مجال جديد لعلم الثقب الأسود.
“عندما لاحظنا لأول مرة التوقيعات الواضحة لفيزياء الثقب الأسود في دراستنا الأولى تجربة التناظرية في عام 2017لقد كانت لحظة فاصلة في فهم بعض الظواهر الغريبة التي غالبًا ما يكون من الصعب، إن لم يكن من المستحيل، دراستها بطريقة أخرى. » يقول الفيزيائي سيلك فاينفورتنر من جامعة نوتنغهام.
“الآن، من خلال تجربتنا الأكثر تعقيدًا، انتقلنا بهذا البحث إلى المستوى التالي، مما قد يقودنا في النهاية إلى التنبؤ بكيفية سلوك الحقول الكمومية في الزمكان المنحني حول الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية.”
وقد نشر البحث في طبيعة.
