หลุมดำเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ที่มีแรงดึงดูดโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก
ตั้งแต่นั้นมา นักฟิสิกส์ได้ดำเนินการนับไม่ถ้วนการศึกษาเชิงทฤษฎีและการทดลองเพื่อให้เข้าใจธรรมชาติของวัตถุทางจักรวาลวิทยาเหล่านี้ได้ดีขึ้น การศึกษาใหม่นี้ช่วยขยายความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับลักษณะเฉพาะ คุณสมบัติ และพลวัตของหลุมดำ
กระแสน้ำวนและหลุมดำ
เจ้าหน้าที่ของมหาวิทยาลัย Ludwig Maximilian และสถาบันฟิสิกส์มักซ์พลังค์เพิ่งทำการศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับการมีอยู่ของกระแสน้ำวนที่เป็นไปได้ในหลุมดำ จากการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters พบว่าสิ่งเหล่านี้มีอยู่จริงในทางทฤษฎี
จนถึงการตีพิมพ์ผลการศึกษาใหม่ นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ศึกษาหลุมดำหมุนในแง่ของแนวคิดนี้ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่เพียงแต่สามารถดำรงอยู่ได้ นี่เป็นกฎมากกว่าข้อยกเว้น
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการคำนวณหลายอย่างพวกเขาใช้แบบจำลองควอนตัมของหลุมดำที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยอิงจากคอนเดนเสทของ Graviton Bose-Einstein จำได้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นอนุภาคมูลฐานไร้มวลสมมุติ พวกมันเป็นพาหะของปฏิกิริยาโน้มถ่วงและควอนตัมสนามโน้มถ่วงที่ไม่มีประจุไฟฟ้าและประจุอื่นๆ น่าจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงเสมอ
ภาพแรกของหลุมดำถูกสร้างขึ้นโดยใช้การสังเกตศูนย์กลางของดาราจักร M87
ภาพ: Event Horizon Telescope Collaboration
เป้าหมายหลักของการศึกษาใหม่คือการศึกษาหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่ที่ระดับควอนตัมเพื่อดูว่าพวกมันยอมให้มีโครงสร้างกระแสน้ำวนจริงหรือไม่
เพราะการหมุนคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์การศึกษาอย่างแข็งขันในห้องปฏิบัติการเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าพวกเขาอนุญาตให้มีโครงสร้างกระแสน้ำวนหากหมุนเร็วพอ สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์มองหาพวกมันในรูปแบบการหมุนของหลุมดำ
นักฟิสิกส์ค้นพบอะไร?
ส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่ามีสีดำหลุมที่มีการหมุนรอบสูงสามารถอธิบายได้ว่าเป็นกราวิตันคอนเดนเสทที่มีความหมุนวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้สอดคล้องกับการศึกษาก่อนหน้านี้
ก่อนหน้านี้นักฟิสิกส์ได้สันนิษฐานไว้แล้วว่าสุดขั้วหลุมดำมีความทนทานต่อรังสีฮอว์คิง จำได้ว่านี่เป็นกระบวนการสมมุติฐานของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยหลุมดำของอนุภาคมูลฐานต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโฟตอน รังสีฮอว์คิงเป็นข้อโต้แย้งหลักของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการสลายตัวของหลุมดำขนาดเล็ก ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการทดลองที่ LHC
จากการศึกษายังพบว่าถ้าประจุมือถือกระแสน้ำวนทั่วไปของหลุมดำจับฟลักซ์แม่เหล็กของสนามเกจ เป็นผลให้สิ่งนี้นำไปสู่ลักษณะการแผ่รังสีซึ่งสามารถสังเกตได้จากการทดลอง ดังนั้น การทำนายตามทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์จึงเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการสังเกตสสารชนิดใหม่ รวมถึงสสารมืดจากอนุภาคที่มีประจุเป็นมิลลิ
ภาพร่างของหลุมดำที่มีกระแสน้ำวนมากมาย สีแสดงถึงการวางแนว และเส้นสนามแม่เหล็กที่จับได้ที่สอดคล้องกันจะถูกทำเครื่องหมายเป็นสีดำ รูปถ่าย: Dvali และอื่น ๆ.
ตามที่ผู้เขียนของการศึกษาตั้งข้อสังเกต vorticity คือนี่คือลักษณะพิเศษใหม่ของหลุมดำ ในระดับคลาสสิก (นอกเหนือจากโครงสร้างควอนตัม) พวกมันมีคุณสมบัติครบถ้วนด้วยสามพารามิเตอร์: มวล สปิน และประจุ ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มกระแสน้ำวนในรายการนั้น
บรรทัดล่างคืออะไร?
ที่นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ข้อกล่าวหาการมีอยู่ของกระแสน้ำวนในหลุมดำเปลี่ยนวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้อธิบายความไม่ตรงกันของจักรวาล: เหตุใดหลุมดำที่มีการหมุนสูงสุดจึงไม่มีรังสีฮอว์คิง ดังนั้น ในอนาคต ทฤษฎีนี้จะปูทางสำหรับการสังเกตการทดลองใหม่และข้อสรุปเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับธรรมชาติของพวกมัน
ตัวอย่างเช่น โครงสร้างกระแสน้ำวนของหลุมดำสามารถอธิบายสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสแอคทีฟของดาราจักรในจักรวาล นอกจากนี้ พวกมันยังสามารถรองรับสนามแม่เหล็กของดาราจักรเกือบทั้งหมดที่รู้จัก
ในอนาคต การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงของการรวมตัวของหลุมดำ ซึ่งแต่ละหลุมมีความแตกต่างกันด้วยกระแสน้ำวน จะช่วยในการศึกษาแง่มุมควอนตัมของกาลอวกาศ
อ่านเพิ่มเติม:
เครื่องบินอวกาศจะส่งสินค้าไปยังสถานีอวกาศนานาชาติและลงจอดที่ "สนามบิน" ปกติ
ดาวฤกษ์เข้าใกล้หลุมดำและแตกออกจากกัน: นักวิทยาศาสตร์สังเกตสิ่งนี้จากกล้องโทรทรรศน์สามตัว
นักวิทยาศาสตร์พบร่องรอยของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมในเลือดของทุกคนที่อยู่ในอวกาศ