تتشكل الثقوب السوداء الصوتية عندما يتسارع تدفق مائع بسرعات دون سرعة الصوت ويصبح أسرع من الصوت، إذ أنه عندما يتم توجيه التدفق من المنطقة دون سرعة الصوت إلى المنطقة فوق الصوتية، فإن السطح الذي يتساوى فيه المكون الطبيعي لسرعة السائل مع السرعة المحلية للصوت يعمل كأفق صوتي.
مفهوم إشعاع هوكينج
إن السطح الذي يتساوى فيه المكون الطبيعي لسرعة السائل مع السرعة المحلية للصوت يعمل كأفق صوتي؛ وذلك لأنه لا يوجد اضطراب صوتي من المنطقة الأسرع من الصوت يمكنه عبوره للوصول إلى الجزء دون سرعة الصوت من السائل.
يمكن للمرء أن يوضح أنه إذا كانت سرعة المائع غير منطقية محليًا، فإن معادلات المجال للاضطرابات الصوتية لإمكانات السرعة مماثلة لتلك الخاصة بالحقل القياسي عديم الكتلة الذي ينتشر في خلفية ثقب أسود، لذلك يتوقع المرء إشعاع هوكينغ على شكل طيف حراري من الفونونات.
لقد كانت هناك العديد من التحقيقات حول هذا الاحتمال نظريًا وتجريبيًا، في أنظمة تتراوح من أنظمة الذرة الباردة إلى بلازما كوارك غلوون المتكونة في تصادمات الأيونات الثقيلة النسبية، ولقد درس العلماء هذا الاحتمال في التدفق الهيدروديناميكي للإلكترونات، بحيث يجب أن يكون إشعاع هوكينغ الناتج في هذه الحالة قابلاً للرصد من حيث التقلبات الحالية، وعلاوة على ذلك يجب أن تُظهر التقلبات الحالية على جانبي الأفق الصوتي الارتباطات المتوقعة لأزواج من جسيمات هوكينغ.
ثقب أسود للبولاريتون
ابتكر الفيزيائيون في الماضي سلوكًا شبيهًا بالثقوب السوداء في موجات الماء والذرات الباردة، وأنظمة بصرية أخرى، إذ تم أنتاج ثقبًا أسودًا تناظريًا به بولاريتون، وهي مزيج من الإثارة الضوئية والإلكترونية، حيث تتدفق البولاريتونات عبر تجويف أحادي البعد لأشباه الموصلات مع عيب مضمن ينتج عنه أفق صوتي، والذي يحبس الموجات في السائل الكمومي بشكل مشابه لكيفية احتجاز موجات الضوء في أفق الحدث للثقب الأسود.
قد تكشف التجارب المستقبلية على هذا النظام عن إشارة يمكن أن تكون المكافئ الصوتي لإشعاع هوكينغ، ومن المستحيل تقريبًا ملاحظة العديد من التنبؤات النظرية حول الثقوب السوداء من الثقوب السوداء الحقيقية، على وجه الخصوص تنبأ ستيفن هوكينج بالإشعاع الحراري من أفق الثقب الأسود، لكن انبعاث درجات الحرارة المنخفضة في الميكرو كلفن من ثقب أسود نموذجي سوف تغمره الخلفية الكونية الميكروية.
لذلك طور الباحثون عددًا من الأنظمة الصوتية أو الضوئية التي يمكن أن تنتج انبعاثًا شبيهًا بانبعاثات هوكينغ، على الرغم من أن العلاقة الدقيقة بفيزياء الثقوب السوداء لا تزال موضع نقاش، وفي تجربتهم أنتج هاي سون نجوين وزملاؤه من مختبر الضوئيات والبنى النانوية بفرنس بالتعاون مع باحثين في إيطاليا تيارًا من البولاريتونات عن طريق الإثارة باستخدام الليزر في أحد طرفي فجوة دقيقة لزرنيخيد الغاليوم الضيقة.
في منتصف الطريق أسفل التجويف صمم الفريق عيبًا على شكل شق يوسع التجويف، إذ أظهرت القياسات أن تدفق البولاريتون تحول من دون سرعة الصوت إلى أسرع من الصوت عند الخلل، مما يعني تكوين أفق صوتي، حيث يقدر الفريق أن درجة حرارة هوكينغ في الأفق تكون بمقياس كلفن، وهو أكثر سخونة من نظائر الثقب الأسود الأخرى الموجودة، ويمكن أن تسمح درجة الحرارة المرتفعة بالكشف الواضح عن انبعاث تلقائي شبيه بهوكينج من خلال ملاحظة التقلبات في كثافة البولاريتون.
