In 1963 vond wiskundige Roy Kerr een oplossing voor de vergelijkingen van Einstein die ruimte-tijd nauwkeurig beschreven
Bedenk dat impulsmoment een fysieke iseen grootheid die de hoeveelheid rotatiebeweging kenmerkt en afhangt van hoeveel massa roteert, hoe deze in de ruimte wordt verdeeld en met welke hoeksnelheid de rotatie zelf plaatsvindt.
Wat zijn zwarte gaten?
Er zijn vier bekende soorten zwarte gaten die daarbij helpenoplossingen presenteren voor de vergelijkingen van Einstein die de zwaartekracht beschrijven in de algemene relativiteitstheorie. Twee ervan roteren: dit zijn de zwarte gaten Kerr en Kerr-Newman.
Foto: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Kerr zwarte gaten zijn vernoemd naar de beroemdewiskundige Roy Kerr. Hij was het die oplossingen vond voor de vergelijkingen die het gedrag van een roterend zwart gat beschreven. Vervolgens werden ze aangevuld door Ezra Newman. Hij beschreef nauwkeurig de geometrie van ruimte-tijd, waarin zich een massief object bevond, dat wordt gekenmerkt door rotatiebeweging. Het is de laatste factor die Kerr-Newman zwarte gaten onderscheidt van Schwarzschild gaten, die meestal statisch zijn. Bovendien hebben zwarte gaten van Kerr-Newman een ergosfeer. Bedenk dat dit een gebied in de ruimte-tijd is in de buurt van een roterend zwart gat, dat zich tussen de waarnemingshorizon en de statische limiet bevindt. Objecten in de ergosfeer roteren onvermijdelijk met het zwarte gat vanwege het Lense-Thirring-effect.
Wat is het probleem?
Als een zwart gat stabiel is, zal het uiteindelijkzal terugkeren naar Kerr's wiskundige beschrijving, zelfs nadat hij hard is geraakt door zwaartekrachtsgolven. Als deze ruimtereuzen onstabiel zouden zijn, zou Einsteins theorie van de zwaartekracht op een fundamenteel niveau moeten worden veranderd en zou de wetenschappelijke gemeenschap alle kennis over ruimtereuzen moeten herzien. Alles suggereerde dat Kerr's stabiliteit gerechtvaardigd was, maar het kon niet worden bewezen.
Wat ontdekten de wetenschappers?
Om het probleem op te lossen, keken wetenschappers naar de vraagover de vraag of zwaartekrachtsgolven die in een zwart gat vallen, het kunnen veranderen of volledig vernietigen. Stel je bijvoorbeeld een wijnglas voor, schrijft Quanta Magazine. Het zal beginnen te trillen en zelfs breken als er voldoende geluidsgolven op worden gericht, precies overeenkomend met de resonantiefrequentie van de capaciteit. Als gevolg hiervan vroegen natuurkundigen zich af of een soortgelijk fenomeen van het resonantietype zou kunnen optreden wanneer zwaartekrachtsgolven een zwart gat raken.
Foto: NASA Goddard Space Flight Center
In het onderzoek presenteerden wetenschappers datzal optreden als een zwaartekrachtgolf de waarnemingshorizon van een zwart gat van Kerr passeert en ‘binnenin’ het zwarte gat terechtkomt. Berekeningen toonden aan dat dit de massa en rotatie ervan zou kunnen veranderen, maar dat het nog steeds het object zou zijn dat wordt beschreven door de Kerr-vergelijkingen.
Onderzoekers hebben dat dus langzaam aangetoondRoterende zwarte gaten worden niet ‘ingestort’ als gevolg van een kleine blootstelling aan zwaartekrachtsgolven. Theoretici hopen dat ze de komende jaren hun resultaten zullen generaliseren naar het geval van willekeurig impulsmoment.
Waar komt het op neer?
Tot nu toe is stabiliteit alleen bewezen voor:langzaam roterende zwarte gaten, waar de verhouding van het impulsmoment van het zwarte gat tot zijn massa veel minder dan 1 was. Wetenschappers waren niet zo zeker van snel roterende objecten. Bovendien wisten natuurkundigen niet hoe klein de verhouding van impulsmoment tot massa moet zijn om dezelfde stabiliteit te bieden.
Gezien het feit dat er maar één stap is in hun langebewijs is gebaseerd op de aanname van een klein impulsmoment, merkte Sergiu Kleinerman van Princeton University, co-auteur van de studie, op dat "het helemaal niet verrassend zou zijn als tegen het einde van het decennium een volledige oplossing van de Kerr-hypothese van stabiliteit verschijnt."
Lees verder:
Wetenschappers hebben een zwart gat gevonden dat 50 keer groter is dan sterrenstelsels
Natuurkundigen hebben aangetoond dat water bij lage temperaturen in twee vloeistoffen verandert
Rusland heeft een legering uitgevonden die bestand is tegen de energie van een thermonucleaire reactor
Omslagfoto: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons