I 1963 fandt matematikeren Roy Kerr en løsning på Einsteins ligninger, der præcist beskrev rum-tid
Husk at vinkelmomentum er en fysisken størrelse, der kendetegner mængden af rotationsbevægelse og afhænger af, hvor meget masse der roterer, hvordan den er fordelt i rummet, og med hvilken vinkelhastighed selve rotationen sker.
Hvad er sorte huller?
Der er fire kendte typer af sorte huller, der hjælperpræsentere løsninger på Einsteins ligninger, der beskriver tyngdekraften i den generelle relativitetsteori. To af dem roterer: disse er Kerr og Kerr-Newman sorte huller.
Foto: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Kerr sorte huller er opkaldt efter de berømtematematikeren Roy Kerr. Det var ham, der fandt løsninger på ligningerne, der beskrev opførselen af et roterende sort hul. Efterfølgende blev de suppleret af Ezra Newman. Han beskrev nøjagtigt rum-tidens geometri, hvor der var et massivt objekt, som er karakteriseret ved rotationsbevægelse. Det er sidstnævnte faktor, der adskiller Kerr-Newman sorte huller fra Schwarzschild huller, som normalt er statiske. Derudover har Kerr-Newman sorte huller en ergosfære. Husk, at dette er et område af rum-tid nær et roterende sort hul, som er placeret mellem begivenhedshorisonten og den statiske grænse. Objekter i ergosfæren roterer uundgåeligt med det sorte hul på grund af Lense-Thirring-effekten.
Hvad er problemet?
Hvis et sort hul er stabilt, vil det til sidstvil vende tilbage til Kerrs matematiske beskrivelse selv efter at være blevet hårdt ramt af gravitationsbølger. Hvis disse rumgiganter var ustabile, skulle Einsteins tyngdekraftsteori ændres på et grundlæggende niveau, og det videnskabelige samfund skulle revidere al viden om rumgiganter. Alt tydede på, at Kerrs stabilitet var berettiget, men det kunne ikke bevises.
Hvad fandt forskerne ud af?
For at løse problemet kiggede forskere på spørgsmåletom hvorvidt gravitationsbølger, der falder ned i et sort hul, kan ændre eller helt ødelægge det. Forestil dig for eksempel et vinglas, skriver Quanta Magazine. Det vil begynde at vibrere og endda gå i stykker, hvis der rettes nok lydbølger mod det, som nøjagtigt matcher kapacitansens resonansfrekvens. Som et resultat spekulerede fysikere på, om et lignende fænomen af resonanstypen kunne opstå, når gravitationsbølger rammer et sort hul.
Foto: NASA Goddard Space Flight Center
I undersøgelsen præsenterede forskere detvil opstå, hvis en gravitationsbølge krydser begivenhedshorisonten af et Kerr sort hul og ender "inde i" det. Beregninger viste, at dette kunne ændre dens masse og rotation, men det ville stadig være objektet beskrevet af Kerr-ligningerne.
Det har forskere således vist langsomtRoterende sorte huller "kollapses" ikke som følge af lille eksponering for gravitationsbølger. Teoretikere håber, at de i de næste par år vil generalisere deres resultater til tilfældet med vilkårlig vinkelmomentum.
Hvad er bundlinjen?
Hidtil er stabilitet kun blevet bevist forlangsomt roterende sorte huller, hvor forholdet mellem det sorte huls vinkelmomentum og dets masse var meget mindre end 1. Hvad angår hurtigt roterende objekter, var forskerne ikke så sikre. Derudover vidste fysikerne ikke, hvor lille forholdet mellem vinkelmoment og masse skal være for at give samme stabilitet.
I betragtning af at der kun er ét skridt i deres langebevis er baseret på antagelsen om lille vinkelmomentum, bemærkede Sergiu Kleinerman fra Princeton University, medforfatter af undersøgelsen, at "det ville slet ikke være overraskende, hvis der inden udgangen af årtiet, en fuldstændig opløsning af Kerr-hypotesen stabilitet vises."
Læs mere:
Forskere har fundet et sort hul, der er 50 gange større end galakser
Fysikere har vist, at vand bliver til to væsker ved lave temperaturer
Rusland har opfundet en legering, der kan modstå energien fra en termonuklear reaktor
Forsidefoto: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons