W 1963 roku matematyk Roy Kerr znalazł rozwiązanie równań Einsteina, które dokładnie opisują czasoprzestrzeń
Przypomnijmy, że moment pędu jest fizycznywielkość, która charakteryzuje wielkość ruchu obrotowego i zależy od tego, o ile masa się kręci, jak jest rozłożona w przestrzeni i z jaką prędkością kątową następuje sam obrót.
Czym są czarne dziury?
Pomocne są cztery znane typy czarnych dziurprzedstawić rozwiązania równań Einsteina opisujących siłę grawitacji w ogólnej teorii względności. Dwie z nich obracają się: są to czarne dziury Kerra i Kerra-Newmana.
Zdjęcie: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, przez Wikimedia Commons
Czarne dziury Kerra noszą nazwy słynnychmatematyk Roy Kerr. To on znalazł rozwiązania równań opisujących zachowanie wirującej czarnej dziury. Następnie uzupełnił je Ezra Newman. Dokładnie opisał geometrię czasoprzestrzeni, w której znajdował się masywny obiekt, charakteryzujący się ruchem obrotowym. To właśnie ten ostatni czynnik odróżnia czarne dziury Kerra-Newmana od dziur Schwarzschilda, które zwykle są statyczne. Ponadto czarne dziury Kerra-Newmana mają ergosferę. Przypomnijmy, że jest to obszar czasoprzestrzeni w pobliżu obracającej się czarnej dziury, która znajduje się między horyzontem zdarzeń a granicą statyczną. Obiekty w ergosferze nieuchronnie obracają się wraz z czarną dziurą z powodu efektu Lense-Thirring.
Jaki jest problem?
Jeśli czarna dziura jest stabilna, w końcu się ustabilizujepowróci do matematycznego opisu Kerra nawet po silnym uderzeniu fal grawitacyjnych. Gdyby te kosmiczne olbrzymy były niestabilne, teoria grawitacji Einsteina musiałaby zostać zmieniona na podstawowym poziomie, a społeczność naukowa musiałaby zrewidować całą wiedzę o kosmicznych gigantach. Wszystko wskazywało na to, że stabilność Kerra była uzasadniona, ale nie można tego udowodnić.
Czego dowiedzieli się naukowcy?
Aby rozwiązać problem, naukowcy przyjrzeli się pytaniuo tym, czy fale grawitacyjne wpadające do czarnej dziury mogą ją zmienić lub całkowicie zniszczyć. Na przykład wyobraź sobie kieliszek do wina, pisze Quanta Magazine. Zacznie wibrować, a nawet pękać, jeśli zostanie skierowana na niego wystarczająca ilość fal dźwiękowych, dokładnie odpowiadająca częstotliwości rezonansowej pojemności. W rezultacie fizycy zastanawiali się, czy podobne zjawisko typu rezonansowego może wystąpić, gdy fale grawitacyjne uderzają w czarną dziurę.
Zdjęcie: NASA Goddard Space Flight Center
W badaniu naukowcy to przedstawilinastąpi, jeśli fala grawitacyjna przetnie horyzont zdarzeń czarnej dziury Kerra i znajdzie się „w jej wnętrzu”. Obliczenia wykazały, że mogłoby to zmienić jego masę i rotację, ale nadal byłby to obiekt opisywany przez równania Kerra.
Dlatego badacze wykazali to powoliObracające się czarne dziury nie ulegają „zapadnięciu” w wyniku niewielkiej ekspozycji na fale grawitacyjne. Teoretycy mają nadzieję, że w ciągu najbliższych kilku lat uogólnią swoje wyniki na przypadek dowolnego momentu pędu.
Jaki jest wynik finansowy?
Do tej pory stabilność została udowodniona tylko dlawolno obracające się czarne dziury, gdzie stosunek momentu pędu czarnej dziury do jej masy był znacznie mniejszy niż 1. Jeśli chodzi o obiekty szybko obracające się, naukowcy nie byli tego tacy pewni. Ponadto fizycy nie wiedzieli, jak mały musi być stosunek momentu pędu do masy, aby zapewnić taką samą stabilność.
Biorąc pod uwagę, że w ich długim kroku jest tylko jeden krokdowód opiera się na założeniu małego momentu pędu, Sergiu Kleinerman z Princeton University, współautor badania, zauważył, że „wcale nie byłoby zaskakujące, gdyby do końca dekady całkowite rozwiązanie hipotezy Kerra pojawia się stabilność”.
Czytaj więcej:
Naukowcy odkryli czarną dziurę, która jest 50 razy większa niż galaktyki
Fizycy wykazali, że w niskich temperaturach woda zamienia się w dwie ciecze
Rosja wynalazła stop, który może wytrzymać energię reaktora termojądrowego
Zdjęcie na okładce: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons