Hepimizin bildiği gibi, kara delikler evrenin en gizemli ve etkileyici nesnelerinden. Yerçekimleri o kadar güçlü ki, yaklaştığınızda hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı düşünülüyor. Ancak 1970'lerden bu yana, fizikçiler kara deliklerin zamanla enerji kaybedebileceğini ve bunu termal radyasyon şeklinde yapabileceğini öngörüyor.
Bu olguya Hawking radyasyonu deniyor. Laboratuvar ortamlarında benzerleri başarıyla oluşturulmuş olsa da, bu enerjinin kara delikten nasıl sızdığı, yani geri tepme (backreaction) mekanizması tam olarak aydınlatılamamıştı. Şimdi ise, bir grup fizikçi tarafından ışığın kendisi kullanılarak oluşturulan bir kara delik benzerinde, Hawking radyasyonu geri tepmesinin bir benzeri gözlemlendi.
Bu heyecan verici bulgular, Nature dergisinde yayımlanan bir makalede detaylandırıldı. Araştırmacılara göre bu gelişme, teorik anlayışı basitleştiriyor ve bu tür sistemlerdeki etkilerin hesaplanması için yeni yollar açıyor. Hatta kara deliklerin neden Hawking radyasyonu yaydığı konusunda da ışık tutabileceği düşünülüyor.
Kara delikler, evrenin en garip ve uç noktadaki olgularıdır. Bir kara delikten kaçmak için gereken hız olan kaçış hızı, evrendeki hiçbir şey tarafından aşılamaz. Işığın bile buradan kurtulamadığı noktaya olay ufku denir.
Fizikçi Stephen Hawking'in 1974'te ilk kez öne sürdüğü Hawking radyasyonu, olay ufkunun yakınındaki kuantum etkilerinden kaynaklanan bir tür kara cisim ışıması olarak tahmin ediliyor. Ancak, kuantum alan teorisinin eğimli uzay-zamanda sağlam bir öngörüsü olmasına rağmen, enerjinin kara delikten radyasyona tam olarak nasıl aktarıldığı sorusu açık kalmıştı. Asıl büyük sorun, kara delikleri doğrudan gözlemlemenin şu an için imkansız olması. Hatta bu sinyalin, evreni dolduran arka plan radyasyonundan ayırt edilemeyecek kadar zayıf olması bekleniyor.
İşte bu noktada fizikçiler yaratıcı çözümler üretiyor. Kara delikleri doğrudan incelemek yerine, aynı temel fizik prensiplerine uyan laboratuvar sistemleri inşa ediyorlar. Bu sistemler bazen şaşırtıcı derecede basit olabiliyor; örneğin, bir lavabodaki su akışının kara delik etrafındaki uzay-zaman akışını taklit etmesi gibi. Diğerleri ise, olay ufku fiziğini yeniden yaratmak için ultra-soğuk Bose-Einstein yoğunlaşmaları veya atom zincirleri kullanıyor.
Bu çalışmada kullanılan benzer sistem, on yılı aşkın bir süre önce geliştirilmişti. Bu sistemde, özel olarak desenlenmiş bir optik fiberin içinden geçen ultra hızlı lazer darbeleri kullanılıyor. Bir darbe, ikinci darbe için olay ufku benzeri bir ortam yaratarak fiberin optik özelliklerini yeterince değiştiriyor. Önceki deneylerde bu düzenekle Hawking radyasyonunun kendisi başarıyla yeniden yaratılmıştı. Bu kez araştırmacılar, daha ince bir şeyi, yani enerjinin benzer kara delikten yayılan radyasyona nasıl aktarıldığını gösteren minik geri tepmeyi (backreaction) gözlemlemeye çalıştılar.
Geri tepmeyi anlamak için Newton'un hareket yasalarını hatırlayabiliriz. Bir arkadaşınızı ittiğinizde, o ileri giderken siz de geriye doğru itilirsiniz. Her eylemin bir tepkisi vardır. Geri tepme, kara delik benzerinin bu geri itilme etkisidir. Hawking radyasyonu enerjiyi uzaklaştırdıkça, onu yaratan sistemin eşdeğer miktarda enerji vermesi gerekir. Bu minik enerji kaybını tespit etmek, araştırmacıların hedefiydi.
Lazer darbelerini optik fiberden geçirdiklerinde, araştırmacılar sadece itilen kişiye değil, iten kişinin üzerindeki etkiye, yani Hawking radyasyonunu üreten lazer darbesindeki minik bir kaymaya odaklandılar. Sonuçlar şaşırtıcıydı. Daha önce fizikçiler, kara delik benzerlerinde gözlemlenen Hawking radyasyonunun karmaşık bir optik etkileşimler dizisiyle ortaya çıktığını düşünüyordu. Ancak yeni sonuçlar, hem radyasyonu hem de geri tepmeyi doğal olarak açıklayan tek ve doğrudan bir sürece işaret ediyor.
Araştırmacılar makalelerinde, “Deneyimiz ve temel teori, Hawking radyasyonunun doğrudan bir sürecin sonucu olduğunu gösteriyor; eğer radyasyon ile kütleçekimsel alanın eşdeğeri arasındaki etkileşim bikaresel (biquadratic) ise,” diyorlar. Bu, astrofiziksel kara deliklerin de bu kadar basit ve doğrudan bir süreçle radyasyon yayabileceği anlamına gelebilir. Elde edilen geri tepme, kara deliklerin mikroskobik detayda nasıl buharlaştığını açıklayabilir.
Gerçek bir kara deliğin etrafında aynı süreci gözlemlemek muhtemelen yakın gelecekte imkansız olmaya devam edecek. Ancak bu mekanizmanın başka tür kara delik benzerlerinde de ortaya çıkması, araştırmacıların Hawking radyasyonu hakkında temel bir şey keşfettiği iddiasını güçlendirecektir. Eğer öyleyse, bu teorik kara delik fiziğindeki en zorlu sorunlardan bazılarını çözmeye yardımcı olabilir. Araştırmacılar, tüm bunların “bilgi paradoksu” gibi, Hawking'in son makalesine kadar üzerinde çalıştığı bir soruna ışık tutabileceğini belirtiyorlar.
