In einer kürzlich veröffentlichten Studie vom 20. März im Fachjournal Nature beschreibt ein Team von Physikern einen wichtigen Schritt bei der Simulation der extremen Bedingungen, die um Schwarze Löcher herum auftreten. Indem sie supraleitendes Helium auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abkühlten, gelang es ihnen, einen reibungslosen Wirbel zu erzeugen, der die Art und Weise simuliert, wie Schwarze Löcher den Raum-Zeit-Kontinuum an ihrem Rand wirbeln lassen.
Dieser Wirbel, bestehend aus Tausenden von kleinen Vortexen, die zu einem großen Wirbel kombiniert wurden, ermöglichte es den Forschern, Verhalten ähnlich dem von Schwarzen Löchern zu beobachten. Insbesondere entdeckten sie ein dem "Ringdown" von Schwarzen Löchern ähnliches Phänomen, ein Vorgang, bei dem ein kürzlich fusioniertes Schwarzes Loch um seine Achse oszilliert.
Das Experiment, durchgeführt von Patrik Svancara und seinem Team von der Universität Nottingham in Großbritannien, nutzt superfluides Helium, um die Interaktionen innerhalb des Wirbels detailliert und mit beispielloser Präzision zu studieren. Superfluides Helium, dessen Viskosität extrem niedrig ist, bietet eine einzigartige Möglichkeit, diese Phänomene ohne die Einschränkungen zu untersuchen, die bei früheren Experimenten mit Wasser vorhanden waren.
Die Arbeit von Svancara und seinen Kollegen ist Teil einer langen Suche, um Einsteins allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu vereinen. Schwarze Löcher, mit ihrer Fähigkeit, Raum und Zeit zu verzerren, bieten ein Forschungsfeld für Physiker, die versuchen, die Gesetze der Physik unter extremen Bedingungen zu verstehen.
Studie der Wellen an der Schnittstelle eines superfluiden Heliums, Erfassung von Höhenschwankungen im Mikrometerbereich.
Die verschiedenen Teile des Bildes zeigen:
a) eine allgemeine Übersicht der Oberfläche mit spezifizierten Bereichen für eine zentrale Entleerung und einen äußeren Rand;
b-e) Darstellungen von Azimuthmoden, identifiziert anhand der Anzahl der Erhebungen oder Vertiefungen entlang eines Kreises, analysiert über eine Fourier-Transformation;
f, g) Wellenspektren, die die Wellungsfrequenzen bei verschiedenen Radien zeigen, mit einer auffälligen Abwesenheit von Anregungen bei niedrigen Frequenzen, und Vergleiche zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Beobachtungen, gekennzeichnet durch gelbe und rote Linien.
Diese Forschung könnte letztendlich dazu beitragen, das Verhalten von Quantenfeldern in den gekrümmten Räumen um astrophysikalische Schwarze Löcher vorherzusagen, laut Silke Weinfurtner, Mitautorin der Studie und Professorin für Physik an der Universität Nottingham.