ไอน์สไตน์พูดถูกอีกครั้ง หลังจากผ่านไปครึ่งศตวรรษ นักฟิสิกส์ได้พิสูจน์ความเสถียรของหลุมดำ

ในปี 1963 นักคณิตศาสตร์ รอย เคอร์ พบคำตอบของสมการของไอน์สไตน์ที่อธิบายกาล-อวกาศได้อย่างถูกต้อง

รอบหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่อย่างไรก็ตาม ในเวลานั้นยังไม่มีคำว่า "หลุมดำ" และถูกประดิษฐ์ขึ้นในอีกหลายปีต่อมา เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามพิสูจน์ว่าหลุมดำที่หมุนอย่างช้าๆ และมีโมเมนตัมเชิงมุมต่ำนั้นเสถียร และในที่สุด นักฟิสิกส์ก็ทำสำเร็จ

จำได้ว่าโมเมนตัมเชิงมุมเป็นวัตถุทางกายภาพปริมาณที่กำหนดลักษณะปริมาณของการเคลื่อนที่แบบหมุนและขึ้นอยู่กับจำนวนมวลที่หมุน การกระจายในอวกาศอย่างไร และด้วยความเร็วเชิงมุมที่การหมุนนั้นเกิดขึ้นเอง

หลุมดำคืออะไร?

มีหลุมดำสี่ประเภทที่รู้จักที่ช่วยได้นำเสนอคำตอบของสมการของไอน์สไตน์ที่อธิบายแรงโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลุมดำสองแห่งหมุนรอบ: เหล่านี้คือหลุมดำเคอร์และเคอร์-นิวแมน

ภาพ: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, ผ่าน Wikimedia Commons

หลุมดำ Kerr ได้รับการตั้งชื่อตามชื่อที่มีชื่อเสียงนักคณิตศาสตร์ รอย เคอร์ เขาเป็นคนค้นพบคำตอบของสมการที่อธิบายพฤติกรรมของหลุมดำที่หมุนอยู่ ต่อจากนั้น พวกเขาเสริมด้วยเอซรา นิวแมน เขาอธิบายเรขาคณิตของกาลอวกาศอย่างแม่นยำซึ่งมีวัตถุขนาดใหญ่ซึ่งมีลักษณะการเคลื่อนที่แบบหมุน เป็นปัจจัยหลังที่ทำให้หลุมดำ Kerr-Newman แตกต่างจากหลุม Schwarzschild ซึ่งมักจะคงที่ นอกจากนี้ หลุมดำของเคอร์-นิวแมนยังมีรูปทรงตามหลักสรีรศาสตร์ จำได้ว่านี่คือพื้นที่ของกาลอวกาศใกล้กับหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่ ซึ่งตั้งอยู่ระหว่างขอบฟ้าเหตุการณ์และขีดจำกัดคงที่ วัตถุภายในเออร์โกสเฟียร์จะหมุนไปพร้อมกับหลุมดำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากเอฟเฟกต์ Lense-Thirring

อะไรคือปัญหา?

ถ้าหลุมดำมีเสถียรภาพในที่สุด มันก็จะเกิดจะกลับไปที่คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของเคอร์แม้หลังจากถูกคลื่นโน้มถ่วงกระแทกอย่างแรง หากยักษ์อวกาศเหล่านี้ไม่เสถียร ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์จะต้องเปลี่ยนแปลงในระดับพื้นฐาน และชุมชนวิทยาศาสตร์จะต้องทบทวนความรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับยักษ์อวกาศ ทุกอย่างบ่งบอกว่าความมั่นคงของเคอร์นั้นสมเหตุสมผล แต่ไม่สามารถพิสูจน์ได้

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบอะไร?

เพื่อแก้ปัญหา นักวิทยาศาสตร์มองที่คำถามว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่ตกลงสู่หลุมดำสามารถเปลี่ยนแปลงหรือทำลายมันได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่ ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพแก้วไวน์ เขียนโดย Quanta Magazine มันจะเริ่มสั่นและแตกได้ถ้ามีคลื่นเสียงพุ่งไปที่มันมากพอ ซึ่งตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ของความจุ เป็นผลให้นักฟิสิกส์สงสัยว่าปรากฏการณ์ประเภทเรโซแนนซ์ที่คล้ายกันอาจเกิดขึ้นได้หรือไม่เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเข้าสู่หลุมดำ

ภาพถ่าย: “NASA Goddard Space Flight Center”

ในการศึกษานี้นักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอว่าจะเกิดขึ้นหากคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำเคอร์และจบลงที่ "ภายใน" หลุมดำนั้น การคำนวณแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้สามารถเปลี่ยนมวลและการหมุนของมันได้ แต่จะยังคงเป็นวัตถุที่อธิบายไว้ในสมการเคอร์

ดังนั้นนักวิจัยจึงได้แสดงให้เห็นอย่างช้าๆหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่จะไม่ "ยุบ" เนื่องจากการสัมผัสกับคลื่นความโน้มถ่วงเล็กน้อย นักทฤษฎีหวังว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า พวกเขาจะสรุปผลโดยสรุปในกรณีของโมเมนตัมเชิงมุมตามอำเภอใจ

บรรทัดล่างคืออะไร?

จนถึงตอนนี้ เสถียรภาพได้รับการพิสูจน์แล้วเท่านั้นสำหรับหลุมดำที่หมุนช้าๆ โดยที่อัตราส่วนโมเมนตัมเชิงมุมของหลุมดำต่อมวลของมันนั้นน้อยกว่า 1 มาก สำหรับวัตถุที่หมุนอย่างรวดเร็วนั้น นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจนัก นอกจากนี้ นักฟิสิกส์ไม่ทราบว่าอัตราส่วนของโมเมนตัมเชิงมุมต่อมวลจะต้องน้อยเพียงใดเพื่อให้มีความเสถียรเท่ากัน

พิจารณาว่ามีอายุยืนยาวเพียงก้าวเดียวการพิสูจน์อยู่บนพื้นฐานของสมมติฐานของโมเมนตัมเชิงมุมขนาดเล็ก Sergiu Kleinerman จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ผู้ร่วมเขียนการศึกษากล่าวว่า "จะไม่น่าแปลกใจเลยหากภายในสิ้นทศวรรษนี้ ความละเอียดของสมมติฐานเคอร์โดยสมบูรณ์ ความมั่นคงปรากฏขึ้น"

อ่านเพิ่มเติม:

นักวิทยาศาสตร์พบหลุมดำที่มีขนาดใหญ่กว่าดาราจักร 50 เท่า

นักฟิสิกส์ได้แสดงให้เห็นว่าน้ำกลายเป็นของเหลวสองชนิดที่อุณหภูมิต่ำ

รัสเซียได้คิดค้นโลหะผสมที่สามารถทนต่อพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสได้

ภาพปก: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons