Vuonna 1972 William Press ja Saul Teukolsky teoretisoivat käsitteen, jota kutsuttiin 'mustan aukon pommiksi'. Heidän ideansa perustui pyörivän mustan aukon eksponentiaaliseen aaltojen vahvistamiseen, joka oli suljettu peilien järjestelmään. Lähes viisikymmentä vuotta myöhemmin kansainvälinen tiimi vahvisti kokeellisesti tämän teorian.
Koe perustuu Roger Penrosen ja Yakov Zel'dovichin tutkimuksiin. Ensimmäinen oli kuvitellut vuonna 1969 tavan saada energiaa pyörivästä mustasta aukosta. Toinen havaitsi vuonna 1971, että pyörivä objekti voi vahvistaa sähkömagneettisia aaltoja tietyissä olosuhteissa, ilmiö, jota nykyään kutsutaan Zel'dovichin efektiksi.
Tämän efektin jäljittelemiseksi tutkijat käyttivät nopeasti pyörivää alumiiniputkea. Metallikelojen ympäröimänä tämä laite mahdollisti heikon magneettikentän vahvistamisen havainnoimisen, vahvistaen siten superradianssin ilmiötä.
Tiimi vei kokeen niin pitkälle, että se aiheutti epävakauden, mikä johti spontaanisti vahvistettujen aaltojen syntymiseen. Tämä kriittinen vaihe johti joskus komponenttien tuhoutumiseen ja siten kokeen epäonnistumiseen, mikä todisti pelissä olevien voimien intensiivisyyden. Tulokset, vaikka näyttäviä, odottavat edelleen vahvistamista ja julkaisemista tieteellisessä lehdessä.
Tämä edistysaskel ei koske vain mustia aukkoja. Se havainnollistaa universaalia periaatetta, jota voidaan soveltaa erilaisiin pyöriviin järjestelmiin. Vaikutukset ulottuvat sekä astrofysiikkaan että termodynamiikkaan tai kvanttiteoriaan.
Tutkijat toivovat, että heidän mallinsa auttaa ymmärtämään paremmin mustien aukkojen pyörimistä.
Mitkä ovat superradianssin ominaisuudet?
Superradianssi on ilmiö, jossa pyörivä objekti vahvistaa siihen osuvat aallot. Tämä käsite, joka alun perin sovellettiin mustiin aukkoihin, osoittaa, kuinka energiaa voidaan saada näistä kosmisista objekteista.
Kun aalto kohtaa pyörivän mustan aukon, osa sen energiasta heijastuu suuremmalla amplitudilla. Tämä prosessi riippuu mustan aukon pyörimisnopeudesta ja saapuvan aallon ominaisuuksista.
Laboratoriossa superradianssia on simuloitu nopeasti pyörivän metalliputken avulla. Tulokset vahvistavat, että aaltojen vahvistaminen on mahdollista ilman mustaa aukkoa, laajentaen näin tämän ilmiön soveltamisalaa.
Tämä löytö voisi vaikuttaa monilla aloilla, mukaan lukien uusien sähkömagneettisten aaltojen vahvistamiseen perustuvien teknologioiden kehittämisessä.
Kuinka Zel'dovichin efekti toimii?
Zel'dovichin efekti kuvaa sähkömagneettisten aaltojen vahvistamista pyörivän objektin avulla. Vuonna 1971 ennustettu se perustuu ajatukseen, että pyöriminen voi siirtää energiaa aalloille.
Jotta tämä efekti tapahtuisi, objektin pinnan on liikuttava nopeammin kuin saapuvan aallon vaihenopeus. Tämä ehto on ratkaiseva siirtymiselle absorptiosta vahvistamiseen.
Äskettäin suoritetussa kokeessa pyörivä putki toimi mustan aukon mallina. Tutkijat havaitsivat, että heijastettu magneettikenttä oli voimakkaampi kuin saapuva kenttä, vahvistaen siten Zel'dovichin efektiä.