1963 hittade matematikern Roy Kerr en lösning på Einsteins ekvationer som exakt beskrev rum-tid
Kom ihåg att rörelsemängd är en fysisken storhet som kännetecknar mängden rotationsrörelse och beror på hur mycket massa som roterar, hur den är fördelad i rymden och med vilken vinkelhastighet själva rotationen sker.
Vad är svarta hål?
Det finns fyra kända typer av svarta hål som hjälperpresentera lösningar på Einsteins ekvationer som beskriver tyngdkraften i den allmänna relativitetsteorin. Två av dem roterar: dessa är Kerr och Kerr-Newman svarta hål.
Foto: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Kerr svarta hål är uppkallade efter de berömdamatematiker Roy Kerr. Det var han som hittade lösningar på ekvationerna som beskrev beteendet hos ett roterande svart hål. Därefter kompletterades de av Ezra Newman. Han beskrev noggrant rum-tidens geometri, där det fanns ett massivt föremål, som kännetecknas av rotationsrörelse. Det är den senare faktorn som skiljer Kerr-Newmans svarta hål från Schwarzschild-hål, som vanligtvis är statiska. Dessutom har Kerr-Newman svarta hål en ergosfär. Kom ihåg att detta är ett område av rum-tid nära ett roterande svart hål, som ligger mellan händelsehorisonten och den statiska gränsen. Föremål i ergosfären roterar oundvikligen med det svarta hålet på grund av lins-törtande effekt.
Vad är problemet?
Om ett svart hål är stabilt kommer det att göra det så småningomkommer att återgå till Kerrs matematiska beskrivning även efter att ha drabbats hårt av gravitationsvågor. Om dessa rymdjättar var instabila skulle Einsteins gravitationsteori behöva ändras på en grundläggande nivå, och forskarsamhället skulle behöva revidera all kunskap om rymdjättar. Allt tydde på att Kerrs stabilitet var motiverad, men det gick inte att bevisa.
Vad fick forskarna veta?
För att lösa problemet tittade forskare på fråganom huruvida gravitationsvågor som faller in i ett svart hål kan förändra eller helt förstöra det. Tänk dig till exempel ett vinglas, skriver Quanta Magazine. Den kommer att börja vibrera och till och med gå sönder om tillräckligt med ljudvågor riktas mot den, exakt matchande resonansfrekvensen för kapacitansen. Som ett resultat undrade fysiker om ett liknande fenomen av resonanstyp kunde inträffa när gravitationsvågor träffade ett svart hål.
Foto: NASA Goddard Space Flight Center
I studien presenterade forskare detkommer att inträffa om en gravitationsvåg korsar händelsehorisonten för ett Kerr svart hål och hamnar "inuti" det. Beräkningar visade att detta kunde ändra dess massa och rotation, men det skulle fortfarande vara det objekt som beskrivs av Kerr-ekvationerna.
Det har alltså forskare visat långsamtRoterande svarta hål "kollapsar" inte som ett resultat av liten exponering för gravitationsvågor. Teoretiker hoppas att de under de närmaste åren kommer att generalisera sina resultat till fallet med godtycklig rörelsemängd.
Vad är slutresultatet?
Hittills har stabilitet bevisats endast förlångsamt roterande svarta hål, där förhållandet mellan det svarta hålets rörelsemängd och dess massa var mycket mindre än 1. När det gäller snabbt roterande föremål var forskarna inte så säkra. Dessutom visste fysiker inte hur litet förhållandet mellan rörelsemängd och massa måste vara för att ge samma stabilitet.
Med tanke på att det bara finns ett steg i deras långaBeviset är baserat på antagandet om liten rörelsemängd, Sergiu Kleinerman från Princeton University, medförfattare till studien, noterade att "det inte alls skulle vara förvånande om, i slutet av årtiondet, en fullständig lösning av Kerr-hypotesen stabilitet visas."
Läs mer:
Forskare har hittat ett svart hål som är 50 gånger större än galaxer
Fysiker har visat att vatten förvandlas till två vätskor vid låga temperaturer
Ryssland har uppfunnit en legering som tål energin från en termonukleär reaktor
Omslagsfoto: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons