מדענים בטכניון יצרו חור שחור הלוכד גלי קול

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.

ד''ר ג'ף סטיינהאור, ראש קבוצת המחקר בטכניון שפיתחה את החור השחור הקולי
ד''ר ג'ף סטיינהאור, ראש קבוצת המחקר בטכניון שפיתחה את החור השחור הקולי

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."

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

20 תגובות

  1. ניצן,

    התשובה היא "כן", "לא" ו"לא יודעים", תלוי איך מסתכלים על זה. נתחיל עם הכי נכונה מבין השלוש – אנחנו לא יודעים. יש הרבה מה לומר על חורים שחורים מבחינה תיאורטית (על ידי ניתוח מתמטי של המבנה שלהם במסגרת תורות כבידה המצויות בידינו, בראש ובראשונה תורת היחסות הכללית) אבל מבחינה תצפיתית אנחנו די מוגבלים. חורים שחורים נמצאים בחלל הרחוק מאיתנו מאוד – וגם אם היו קרובים, יש בעיות עקרוניות עם תצפיות עליהם בדיוק בגלל האופי השחור שלהם. אז יש הרבה סברות ורעיונות שיש לנו לגבי חורים שחורים שאנחנו פשוט לא מצליחים לאמת או להפריך בניסוי. זאת בדיוק החשיבות האדירה של יצירת חורים שחורים קוליים שכאלה – הם מאפשרים לנו לעשות ניסויים במעבדה מבוקרת על אובייקטים הדומים מאוד לחורים שחורים בחלל.

    עכשיו, מבחינה תיאורטית, נראה שכשמכניקת הקוונטים נכנסת לתמונה, אז החורים השחורים מתחילים לפלוט קרינה. מבלי להרחיב יותר מדי, הקרינה הזו היא בעצם צורה מאוד מאוד "מעובדת" של החומר שהם בלעו לפני הפליטה. קצת קשה להסביר את משמעות המילה "מעובדת", אבל אפשר לחשוב על זה כאילו החור השחור הוא בלנדר גדול מאוד – מה שהכנסת פנימה זה גם מה שיצא, אבל יהיה קשה מאוד להסתכל על משהו שיוצא מהבלנדר ולהגיד "אה, פעם זה היה עגבניה, מלפפון, פרוסת לחם שחור קורטוב מלח ורבע כפית פלפל שחור". אז אם אדם נופל לחור שחור, כנראה שהוא לא יוכל לצאת ולספר את חוויותיו (במובן זה התשובה היא "לא"), אבל החומר שהרכיב אותו יצא בסופו של דבר בצורת הקרינה (ובמובן זה התשובה היא "כן").

    כמובן שגם בפן התיאורטי אין הסכמה מוחלטת בנוגע להתנהגות החורים השחורים. יש מספר סברות שונות, מספר תיאוריות שונות, ומספר פרשנויות שונות לכל חישוב או ניסוי מחשבתי. אבל כל מה שאמרתי עד כאן הוא פחות או יותר בקונצנזוס, גם אם יש אי-הסכמה בנוגע לאיך בדיוק זה קורה.

  2. לא הבנתי: "היא קרינה הנפלטת, תיאורטית, מאזור אופק המאורע של החור השחור. קיומה פירושו שחומר יכול לברוח מחור שחור אמיתי. "
    האם חומר באמת יכול לברוח מחור שחור? לא רק מאזור אופק הארועים?

  3. מתאור הניסוי עד כה, לא ברור :
    1.מהו המקור המחולל את גלי הקול הנלכדים בתוך ה"חור השחור" הקולי ?
    2. היכן מתבצעת המדידה המאשרת כי גלי הקול נלכדים ב"חור השחור" הקולי ואינם יוצאים החוצה ?
    3. מה קורה לגלי הקול הלכודים בתוך ה"חור השחור" עם הפסקת הניסוי. האם אז לפתע משתחררת אנרגיית הקול ? ובאיזה אופן ?

  4. אייל:
    גם אני תהיתי אבל מכיוון שלא מצוין התווך הנחתי שזה מקור העניין.
    כשאתה מדבר על מהירות הקול אתה למעשה חושב על מהירות הקול באוויר.
    כאן מדובר על מהירות הקול בתווך שבין העננות שלא צוין מהו (ואני נוטה לפרש את הכתוב כאילו הוא אותו גז שממנו נוצרו העננות)

  5. "…במהירות של כשלושה מילימיטר בשנייה – יותר מפי 4 ממהירות הקול…"

    זה רק אני או שיש כאן טעות פטאלית.. זה המקור של הטכניון??..

  6. יוסי:
    אני יכול להבין מדוע אתה מקשר את זה לתפיחה אבל זה לא מבטל את הדמיון לחור שחור.
    מדובר, כאמור, בדמיון ולא בזהות ובדיוק כשם שקרני אור אינן יכולות לברוח מחור שחור (שאינו תופח) כך גם גלי קול אינם יכולים לברוח מהעננה (שאינה תופחת).
    לא מדובר כאן על כך שגלי הקול בורחים מן העננה אבל לא מספיקים להגיע לצופה שהתרחבות המרחב מרחיקה מהר יותר (והרי זה מה שקרה בתפיחה – גלי האור יצאו מן המקור לכיוון היעד והתרחקו מן המקור מבלי להתקרב ליעד) אלא על כך שהם בכלל לא עוזבים את העננה.
    הנה קישור לידיעה המקורית מן הטכניון:
    http://www1.technion.ac.il/sites/all/includes/blocks/news-items/090624-bhole/news-item.htm
    גם לי לא הכל ברור בידיעה. למשל לא ברור לי כיצד כל עניין הפונונים מתקשר לקרינת הוקינג אבל זו בדיוק הסיבה לכך שאני אומר שזה לא ברור לי. אינני חושב שמוצדק לקפוץ ולטעון שזה לא נכון.

  7. סליחה אבל אין קשר בין התופעה שמתוארת כאן לתופעה שקוראת בחור שחור.
    מה שמתואר כאן דומה יותר לתהליך התפיחה (אינפלציה בלעז) של היקום בשניות שאחרי המפץ הגדול. תיאורית התפיחה טוענת שבפרק זמן מסוים היקום תפח במהירות הגדולה ממהירות האור וזו הסיבה שבגללה אנחנו יכולים לראות היום בטלסקופים למרחק גדול יותר ממה שראינו אתמול או אפילו לפני שעה. בתהליך התפיחה חלק מהחומר ביקום (בצורת גלקסיות וכד') התרחק מאיתנו מהר הרבה יותר ממהירות האור, לכן האור מאותו חומר עדיין לא הספיק להגיע אלינו. בעתיד האור יגיע ואד נוכל לראות גלקסיות שממוקמות רחוק יותר מאלו שאנחנו קולטים כיום בטלסקופים.

    חור שחור לא תופח, קרינת האור לא יכולה לברוח מחור שחור מכיוון שהוא מעוות את המרחב לתוך עצמו. כלומר שמי שיתקדם בקו ישר מתוך החור השחור והלאה יחזור תמיד לתוך החור השחור בלי יכולת לברוח. זה לא מה שמתואר כאן.

  8. מהההה? זה קשור לlhc שאמרו שיחריב את כדור הארץ וואו אני מה זה מחכה בפחד לספטמבר מה יקרה ואני מה זה חוששת ממה שההתנגשויות של פרוטונים עלולות לעשות ומה תהיה התוצאה של התנגשויות כאלה כי קראתי על זה בכל מיני אתרים באנגלית שהניסוי במאיץ עלול לגרום לחורבן תסבירו לי מה הולך לקרות בניסוי ומה זה החור השחור השנה כי אני לא מבינה בזה כלום ואני חוששת טיפה.
    אני גם לא הבנתי מה זה החור השחור הקולי הזה כי לא הבנתי את הכתבה כל כך, זה מסוכן מה שגילו בטכניון

  9. מדבר על חזירים אהה ,,נעם:"פנינים וצנינים לחזירים"ספיישל בשבילך.

  10. אורן, מיכאל,

    ניראה לי שלגבי הוגין הדבר הטוב ביותר הוא לאמץ את הפתגם:

    "לעולם אל תתכתש עם החזיר – אתה מתלכך והןא נהנה"

  11. ראו איך 'שמע ובקע'..וואלה חורים שחורים חיים-מתים,מתים-חיים..שוחרי גאזים.
    באמת,מעניין מאוד כיצד פועל היקום!!

  12. מה קרה ?הרחת סירחונות והגחת???או שמע בקעת מחור שחור כלשהו???אהה אורן.

  13. למה לא יועיל
    אני חושב שאם יצליח ו להפוך את זה למסחרי זה שווה הון
    תחשבו על לול עם התקן כזה כמה כסף יסכימו לשלם הורים טרוטי עיניים מלילות ללא שינה 😉

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן