У 1963 році математик Рой Керр знайшов рішення рівнянь Ейнштейна, яке точно описувало простір-час
Нагадаємо, кутовий момент - це фізична.величина, яка характеризує кількість обертального руху і залежить від того, скільки маси обертається, як вона розподілена у просторі та з якою кутовою швидкістю відбувається саме обертання.
Які бувають чорні дірки?
Відомі чотири типи чорних дірок, які допомагаютьпредставити рішення Ейнштейнівських рівнянь, які описують силу тяжкості в загальній теорії відносності. Дві з них обертаються: це чорні дірки Керра і Керра - Ньюмена.
Фото: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Чорні дірки Керра названі так на ім'я відомогоматематика Роя Керра. Саме він знайшов рішення для рівнянь, які описали поведінку чорної діри, що обертається. Згодом їх доповнив Езра Ньюмен. Він точно описував геометрію простору-часу, в якому був присутній масивний об'єкт, що відрізняється обертальним рухом. Саме останній чинник відрізняє чорні дірки Керра - Ньюмена від дір Шварцшильда, які зазвичай статичні. Крім того, чорні діри Керра — Ньюмена мають ергосферу. Нагадаємо, це область простору-часу поблизу чорної діри, що обертається, яка знаходиться між горизонтом подій і межею статичності. Об'єкти, що знаходяться в межах ергосфери, неминуче обертаються разом із чорною діркою за рахунок ефекту Лензе - Тіррінга.
В чому проблема?
Якщо чорна дірка стабільна, вона зрештоюповернеться до математичного опису Керра навіть після сильного удару гравітаційними хвилями. Якби ці космічні гіганти нестабільні, теорію гравітації Ейнштейна довелося б змінити на фундаментальному рівні, а науковій спільноті переглянути всі знання про космічних гігантів. Все говорило про те, що стабільність Керра обґрунтована, але довести це не виходило.
Що з'ясували вчені?
Щоб вирішити проблему, вчені розглянули питанняпро те, чи можуть гравітаційні хвилі, що потрапляють у чорну дірку, змінити чи зовсім зруйнувати її. Наприклад, можна представити винний келих, пише Quanta Magazine. Він почне вібрувати і навіть розіб'ється, якщо направити на нього достатню кількість звукових хвиль, що точно відповідають резонансній частоті ємності. У результаті фізики запитали, чи може подібне явище резонансного типу статися, коли в чорну дірку вдаряють гравітаційні хвилі.
Фото: NASA Goddard Space Flight Center
У процесі дослідження вчені уявили, щостанеться, якщо гравітаційна хвиля перетне горизонт подій чорної дірки Керра і виявиться «всередині» її. Розрахунки показали, що це може змінити її масу і обертання, але вона все одно буде об'єктом, який описують рівняння Керра.
Так, дослідники показали, що повільночорні діри, що обертаються, не «руйнуються» в результаті малого впливу гравітаційними хвилями. Теоретики сподіваються, що в найближчі кілька років вони узагальнять отримані результати на випадок довільного кутового моменту.
Що в підсумку?
До цього часу стабільність довели тільки длячорних дірок, що повільно обертаються, де відношення кутового моменту чорної діри до її маси було набагато менше 1. Щодо швидко обертаються об'єктів у вчених не були такі впевнені. Крім того, фізики не знали, наскільки малим має бути відношення кутового моменту до маси, щоб забезпечити ту стабільність.
Враховуючи, що тільки один крок у їхньому довгомуДоказ заснований на припущенні про малий кутовий момент, Серджіу Клайнерман з Прінстонського університету, співавтор дослідження, зазначив, що «зовсім не здивується, якщо до кінця десятиліття з'явиться повний дозвіл гіпотези Керра про стабільність».
Читати далі:
Вчені знайшли чорну дірку, яка в 50 разів більша за галактики
Фізики показали, що вода перетворюється на дві рідини при низьких температурах
У Росії винайшли сплав, який витримає енергію термоядерного реактора
Фото на обкладинці: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons