Teoretiske fysikere hevder at sorte hull tillater virvelstrukturer

Svarte hull er astronomiske objekter med ekstremt sterke gravitasjonstrekk som ikke engang lys kan unnslippe. Mens ideen om kropper som ville fange lys har eksistert siden 1700-tallet, fant den første direkte observasjonen av sorte hull sted i 2015.

Siden den gang har fysikere utført utallige teoretiske og eksperimentelle studier med sikte på å bedre forstå disse fascinerende kosmologiske objektene. Dette hadde ført til mange oppdagelser og teorier om de unike egenskapene, egenskapene og dynamikken til svarte hull.

Forskere ved Ludwig-Maximilians-Universität og Max-Planck-Institut für Physik har nylig utført en teoretisk studie som undersøker den mulige eksistensen av virvler i sorte hull. Papiret deres, publisert i Fysiske gjennomgangsbrevviser at sorte hull teoretisk burde kunne innrømme virvel strukturer.

– Nylig har et nytt kvanterammeverk for sorte hull, nemlig når det gjelder Bose-Einstein-kondensater av gravitoner (selve tyngdekraftskvanta), blitt introdusert, sier Florian Kühnel, en av forskerne som har utført studien, til Phys. org. “Frem til artikkelen vår ble publisert, har roterende sorte hull ikke blitt grundig studert innenfor denne rammen. Imidlertid kan de ikke bare eksistere, men også være regelen snarere enn unntaket.”

Kühnel og hans kolleger Gia Dvali og Michael Zantedeschi utførte flere beregninger basert på eksisterende fysikkteorier, spesielt den nylig utformede kvantemodellen av sorte hull basert på Bose-Einstein gravitonkondensater. Hovedmålet med studien deres var å undersøke roterende sorte hull på kvantenivå, for å avgjøre om de faktisk ville innrømme virvelstrukturer.

“Siden roterende Bose-Einstein-kondensater har vært gjenstand for intense studier i laboratorier, er det kjent at de innrømmer virvelstruktur hvis de roterer tilstrekkelig raskt,” sa Kühnel. “Vi tok dette som en invitasjon til å se etter disse strukturene også i modeller for roterende sorte hull – og fant dem faktisk.”

Kühnel og hans kolleger viste at et svart hull med ekstremt spinn kan beskrives som et gravitonkondensat med virvel. Dette er på linje med tidligere studier som tyder på at ekstreme sorte hull er stabile mot den såkalte Hawking-fordampningen (dvs. en svart kroppsstråling som antas å bli frigjort utenfor et svart hulls ytterste overflate, eller hendelseshorisont).

I tillegg viste forskerne at i nærvær av mobile ladninger, fanger det sorte hullets samlede virvel en magnetisk fluks av målefeltet, noe som ville føre til signaturutslipp som kunne observeres eksperimentelt. Teamets teoretiske spådommer kan dermed åpne nye muligheter for observasjon av nye typer materie, inkludert milliladet mørk materie.

“Vortisitet er en helt ny karakteristikk av sorte hull, som er på det klassiske nivået (dvs. hvis man lukker øynene for deres kvantestruktur) fullt preget av tre enheter: masse, spinn og ladning,” sa Kühnel. “Dette er det vi har lært fra lærebøkene – til nå. Vi viste at vi må legge til virvel.”

Teamets teoretiserte eksistens av virvler i sorte hull tilbyr en mulig forklaring på mangelen på Hawking-stråling for maksimalt roterende sorte hull. I fremtiden kan denne teorien dermed bane vei for nye eksperimentelle observasjoner og teoretiske konklusjoner.

For eksempel kan sorte hulls virvelstrukturer forklare de ekstremt sterke magnetfeltene som kommer fra aktive galaktiske kjerner i universet vårt. I tillegg kan de potensielt være roten til nesten alle kjente galaktiske magnetfelt.

“Vi har nylig etablert feltet med sorte hulls virvler,” la Kühnel til. “Det er et vell av viktige og spennende spørsmål å ta opp, inkludert angående de applikasjonene nevnt ovenfor. Videre kan fremtidige gravitasjonsbølgeobservasjoner av sammenslående sorte hull, som hver inneholder en virvel (av flere av disse), åpne døren til disse nye og spennende kvanteaspekter av rom-tid.”

---

---

© 2022 Science X Network