Το 1963, ο μαθηματικός Roy Kerr βρήκε μια λύση στις εξισώσεις του Αϊνστάιν που περιέγραφε με ακρίβεια τον χωροχρόνο
Θυμηθείτε ότι η γωνιακή ορμή είναι φυσικήμια ποσότητα που χαρακτηρίζει το μέγεθος της περιστροφικής κίνησης και εξαρτάται από το πόση μάζα περιστρέφεται, πώς κατανέμεται στο χώρο και με ποια γωνιακή ταχύτητα συμβαίνει η ίδια η περιστροφή.
Τι είναι οι μαύρες τρύπες;
Υπάρχουν τέσσερις γνωστοί τύποι μαύρων τρυπών που βοηθούνπαρουσιάζουν λύσεις στις εξισώσεις του Αϊνστάιν που περιγράφουν τη δύναμη της βαρύτητας στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Δύο από αυτές περιστρέφονται: αυτές είναι οι μαύρες τρύπες Kerr και Kerr-Newman.
Φωτογραφία: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, μέσω Wikimedia Commons
Οι μαύρες τρύπες Kerr έχουν πάρει το όνομά τους από το διάσημοο μαθηματικός Roy Kerr. Ήταν αυτός που βρήκε λύσεις για τις εξισώσεις που περιέγραφαν τη συμπεριφορά μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας. Στη συνέχεια, συμπληρώθηκαν από τον Έζρα Νιούμαν. Περιέγραψε με ακρίβεια τη γεωμετρία του χωροχρόνου, στον οποίο υπήρχε ένα ογκώδες αντικείμενο, το οποίο χαρακτηρίζεται από περιστροφική κίνηση. Είναι ο τελευταίος παράγοντας που διακρίνει τις μαύρες τρύπες Kerr-Newman από τις τρύπες Schwarzschild, οι οποίες είναι συνήθως στατικές. Επιπλέον, οι μαύρες τρύπες Kerr-Newman έχουν εργοσφαιρία. Θυμηθείτε ότι πρόκειται για μια περιοχή του χωροχρόνου κοντά σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, η οποία βρίσκεται μεταξύ του ορίζοντα γεγονότων και του στατικού ορίου. Τα αντικείμενα μέσα στην εργοσφαιρία περιστρέφονται αναπόφευκτα με τη μαύρη τρύπα λόγω του φαινομένου του Φακού-Thirring.
Ποιο είναι το πρόβλημα?
Εάν μια μαύρη τρύπα είναι σταθερή, τελικά θα είναι σταθερήθα επιστρέψει στη μαθηματική περιγραφή του Kerr ακόμη και αφού χτυπηθεί σκληρά από βαρυτικά κύματα. Εάν αυτοί οι διαστημικοί γίγαντες ήταν ασταθείς, η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν θα έπρεπε να αλλάξει σε ένα θεμελιώδες επίπεδο και η επιστημονική κοινότητα θα έπρεπε να αναθεωρήσει όλες τις γνώσεις σχετικά με τους διαστημικούς γίγαντες. Όλα έδειχναν ότι η σταθερότητα του Kerr ήταν δικαιολογημένη, αλλά δεν μπορούσε να αποδειχθεί.
Τι ανακάλυψαν οι επιστήμονες;
Για να λύσουν το πρόβλημα, οι επιστήμονες εξέτασαν την ερώτησηγια το αν τα βαρυτικά κύματα που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα μπορούν να την αλλάξουν ή να την καταστρέψουν εντελώς. Για παράδειγμα, φανταστείτε ένα ποτήρι κρασιού, γράφει το Quanta Magazine. Θα αρχίσει να δονείται και ακόμη και να σπάει αν κατευθυνθούν αρκετά ηχητικά κύματα, ταιριάζοντας ακριβώς με τη συχνότητα συντονισμού της χωρητικότητας. Ως αποτέλεσμα, οι φυσικοί αναρωτήθηκαν εάν ένα παρόμοιο φαινόμενο τύπου συντονισμού θα μπορούσε να συμβεί όταν τα βαρυτικά κύματα χτυπήσουν μια μαύρη τρύπα.
Φωτογραφία: NASA Goddard Space Flight Center
Στη μελέτη, οι επιστήμονες το παρουσίασανθα συμβεί εάν ένα βαρυτικό κύμα διασχίσει τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας Kerr και καταλήξει «μέσα» της. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τη μάζα και την περιστροφή του, αλλά θα εξακολουθούσε να είναι το αντικείμενο που περιγράφεται από τις εξισώσεις Kerr.
Έτσι, οι ερευνητές το έχουν δείξει αργάΟι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες δεν «καταρρέουν» ως αποτέλεσμα της μικρής έκθεσης σε βαρυτικά κύματα. Οι θεωρητικοί ελπίζουν ότι τα επόμενα χρόνια θα γενικεύσουν τα αποτελέσματά τους στην περίπτωση της αυθαίρετης γωνιακής ορμής.
Ποια είναι η κατώτατη γραμμή;
Μέχρι στιγμής, η σταθερότητα έχει αποδειχθεί μόνο γιααργά περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, όπου η αναλογία της γωνιακής ορμής της μαύρης τρύπας προς τη μάζα της ήταν πολύ μικρότερη από 1. Όσο για τα γρήγορα περιστρεφόμενα αντικείμενα, οι επιστήμονες δεν ήταν τόσο σίγουροι. Επιπλέον, οι φυσικοί δεν γνώριζαν πόσο μικρή πρέπει να είναι η αναλογία της γωνιακής ορμής προς τη μάζα για να παρέχεται η ίδια σταθερότητα.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχει μόνο ένα βήμα στη μεγάλη τους διάρκειαΗ απόδειξη βασίζεται στην υπόθεση της μικρής γωνιακής ορμής, ο Sergiu Kleinerman του Πανεπιστημίου του Πρίνστον, συν-συγγραφέας της μελέτης, σημείωσε ότι «δεν θα ήταν καθόλου περίεργο εάν, μέχρι το τέλος της δεκαετίας, μια πλήρης επίλυση της υπόθεσης Kerr εμφανίζεται σταθερότητα».
Διαβάστε περισσότερα:
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια μαύρη τρύπα που είναι 50 φορές μεγαλύτερη από τους γαλαξίες
Οι φυσικοί έχουν δείξει ότι το νερό μετατρέπεται σε δύο υγρά σε χαμηλές θερμοκρασίες
Η Ρωσία έχει εφεύρει ένα κράμα που μπορεί να αντέξει την ενέργεια ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα
Φωτογραφία εξωφύλλου: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons