V roce 1963 našel matematik Roy Kerr řešení Einsteinových rovnic, které přesně popsaly časoprostor.
Připomeňme, že moment hybnosti je fyzikálníveličina, která charakterizuje velikost rotačního pohybu a závisí na tom, jak velká hmota rotuje, jak je rozložena v prostoru a s jakou úhlovou rychlostí k samotné rotaci dochází.
Co jsou černé díry?
Existují čtyři známé typy černých děr, které pomáhajíprezentovat řešení Einsteinových rovnic, které popisují gravitační sílu v obecné teorii relativity. Dvě z nich rotují: jedná se o černé díry Kerr a Kerr-Newman.
Foto: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, prostřednictvím Wikimedia Commons
Kerrovy černé díry jsou pojmenovány po slavnémmatematik Roy Kerr. Byl to on, kdo našel řešení rovnic, které popisovaly chování rotující černé díry. Následně je doplnil Ezra Newman. Přesně popsal geometrii časoprostoru, ve kterém se nacházel masivní objekt, který se vyznačuje rotačním pohybem. Právě poslední jmenovaný faktor odlišuje Kerr-Newmanovy černé díry od Schwarzschildových děr, které jsou obvykle statické. Kerr-Newmanovy černé díry mají navíc ergosféru. Připomeňme, že se jedná o oblast časoprostoru poblíž rotující černé díry, která se nachází mezi horizontem událostí a statickým limitem. Objekty v ergosféře nevyhnutelně rotují s černou dírou v důsledku Lense-Thirringova efektu.
Co je za problém?
Pokud je černá díra stabilní, nakonec budese vrátí ke Kerrovu matematickému popisu i poté, co ho tvrdě zasáhly gravitační vlny. Pokud by tito vesmírní obři byli nestabilní, Einsteinova teorie gravitace by musela být na základní úrovni změněna a vědecká komunita by musela revidovat veškeré poznatky o vesmírných obrech. Vše nasvědčovalo tomu, že Kerrova stabilita byla oprávněná, ale nepodařilo se to prokázat.
Co vědci zjistili?
K vyřešení problému se vědci podívali na otázkuo tom, zda gravitační vlny dopadající do černé díry mohou změnit nebo úplně zničit. Představte si například sklenici na víno, píše Quanta Magazine. Začne vibrovat a dokonce se zlomí, pokud na něj bude nasměrováno dostatečné množství zvukových vln, které přesně odpovídají rezonanční frekvenci kapacity. V důsledku toho fyzici přemýšleli, zda by podobný jev typu rezonance mohl nastat, když gravitační vlny dopadly na černou díru.
Foto: NASA Goddard Space Flight Center
Ve studii to vědci prezentovalinastane, pokud gravitační vlna překročí horizont událostí Kerrovy černé díry a skončí „uvnitř“ ní. Výpočty ukázaly, že by to mohlo změnit jeho hmotnost a rotaci, ale stále by to byl objekt popsaný Kerrovými rovnicemi.
Výzkumníci tedy ukázali, že pomaluRotující černé díry se „nezhroutí“ v důsledku malého vystavení gravitačním vlnám. Teoretici doufají, že v několika příštích letech zobecní své výsledky na případ libovolného momentu hybnosti.
Jaký je konečný výsledek?
Stabilita byla zatím prokázána pouze propomalu rotující černé díry, kde poměr momentu hybnosti černé díry k její hmotnosti byl mnohem menší než 1. Co se týče rychle rotujících objektů, vědci si nebyli tak jisti. Navíc fyzici nevěděli, jak malý musí být poměr momentu hybnosti k hmotnosti, aby byla zajištěna stejná stabilita.
Vzhledem k tomu, že je v jejich délce jen jeden krokdůkaz je založen na předpokladu malého momentu hybnosti, Sergiu Kleinerman z Princetonské univerzity, spoluautor studie, poznamenal, že „nebylo by vůbec překvapivé, kdyby do konce dekády došlo k úplnému vyřešení Kerrovy hypotézy se objeví stabilita."
Přečtěte si více:
Vědci našli černou díru, která je 50krát větší než galaxie
Fyzici prokázali, že voda se při nízkých teplotách mění na dvě kapaliny
Rusko vynalezlo slitinu, která odolá energii termonukleárního reaktoru
Titulní foto: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons