Το τέλος της εξέλιξης μιας μαύρης τρύπας μπορεί να είναι ένα είδος χωροχρόνου ανεξάρτητο του χρόνου, κάτι που δεν χωράει ο νους μας πως μπορεί να συμβαίνει αυτό. Μια νέα μελέτη προτείνει μια μέθοδο για να μας πει πόσο μακριά είναι κάθε μαύρη τρύπα από την επίτευξη αυτής της τελευταίας κατάστασης.
Οι μαύρες τρύπες είναι μερικά από τα πιο παράξενα πράγματα στο σύμπαν. Προκύπτουν όταν μια πολύ μεγάλη μάζα είναι κλεισμένη σε ένα μικρό όγκο, συμπιεσμένη σε μια τρομερή πυκνότητα.
Αν και οι παρατηρήσεις δείχνουν πως οι μαύρες τρύπες είναι διαδεδομένες στο σύμπαν, οι επιστήμονες ακόμα δεν κατανοούν πραγματικά τι συμβαίνει στο εσωτερικό τους. Οι εξισώσεις της γενικής σχετικότητας που συνήθως χρησιμοποιούνται για την κατανόηση της φυσικής του σύμπαντος καταρρέουν σε αυτές τις περιπτώσεις.
"Είναι πραγματικά πέρα από την φυσική που γνωρίζουμε", δήλωσε ο Juan Antonio Valiente Kroon, ένας μαθηματικός στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου. "Για να καταλάβουμε τι συμβαίνει στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας, πρέπει να εφεύρουμε μια νέα φυσική."
Ευτυχώς, η φυσική για την τελική κατάσταση μιας μαύρης τρύπας είναι απλούστερη. Σε μια λύση των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας, διαπιστώθηκε ότι παράγεται μια κατάσταση που ονομάζεται "χωρόχρονος Kerr". Οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι ο χωροχρόνος Kerr είναι αυτό που συμβαίνει, όταν μια μαύρη τρύπα έχει φθάσει στην τελική εξελικτική της κατάσταση.
“Κυρίως οι εξισώσεις της σχετικότητας είναι τόσο πολύπλοκες ώστε για σχετικιστικό συστήματα, ο μόνος τρόπος που μπορεί κάποιος να ανιχνεύσει αυτές τις εξισώσεις είναι μέσω του υπολογιστή”, δήλωσε ο Valiente Kroon. “Λύσεις όπως αυτή του χωροχρόνου Kerr είναι πραγματικά εξαιρετικές. Η λύση Kerr είναι μία από τις λίγες γνωστές σαφείς λύσεις στην γενική σχετικότητα, που έχουν άμεση φυσική έννοια."
Ο χωροχρόνος Kerr είναι χρονικά ανεξάρτητος, που σημαίνει ότι τίποτα δεν αλλάζει στον χωροχρόνο Kerr με την πάροδο του χρόνου. Στην πραγματικότητα, ο χρόνος κυλάει αργά. Μια μαύρη τρύπα σε μια τέτοια κατάσταση είναι ουσιαστικά σταθερή.
"Θα μπορούσε κανείς να πει πως όταν θα έχει φθάσει σε αυτό το στάδιο, δεν υπάρχουν άλλες διεργασίες να λαμβάνουν χώρα," δήλωσε ο Valiente Kroon.
Για να λύσουν τις νέες εξισώσεις στην περίπτωση μιας οποιασδήποτε μαύρης τρύπας, οι φυσικοί θα χρειάζονταν μόνο να μετρήσουν τη μάζα της.
Στη νέα μελέτη οι Valiente Kroon και Thomas Backdahl, κι αυτός από το Queen Mary, έχουν υπολογίσει έναν τύπο για να ορίσουν πόσο χρόνο θέλει μια μαύρη τρύπα για να φθάσει στην κατάσταση Kerr.
Αυτό μπορεί να συμβεί πολύ γρήγορα – ακόμα και σε δευτερόλεπτα – ανάλογα με τη μάζα του αντικειμένου.
Για να εφαρμόσουν αυτή τη μέθοδο, οι επιστήμονες εξετάζουν την περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Μόλις μια μάζα, ή ακόμη και το φως, διέρχεται μέσα από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, δεν μπορεί να δραπετεύσει από τις δαγκάνες της βαρύτητας της μαύρης τρύπας.
Οι εξισώσεις δείχνουν ότι, όσο μεγαλύτερος είναι ο ο ορίζοντας των γεγονότων, και επομένως η μάζα της μαύρης τρύπας, τόσο λιγότερος είναι ο χρόνος που χρειάζεται η μαύρη τρύπα για να φτάσει στην κατάσταση Κερ.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η εφαρμογή τους θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες, που κάνουν προσομοιώσεις σε υπολογιστή των μελανών οπών, με στόχο να ευθυγραμμιστούν με τις παρατηρήσεις των πραγματικών μαύρων οπών.
Οι αστρονόμοι πιστεύουν οι περισσότεροι γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας Γαλαξία, φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους. Κάποιοι ερευνητές υποψιάζονται ότι αυτές είναι πράγματι μαύρες τρύπες Kerr.
Η έρευνα δημοσιεύεται στο Proceedings of the Royal Society A,
Διαβάστε και το πολύ ενδιαφέρον άρθρο
____________________________________________________________________________
Μαύρη τρύπα Kerr
Μια μαύρη τρύπα, ως το τελικό εξελικτικό στάδιο ενός άστρου με αρκετά μεγάλη μάζα, αναμένεται να χαρακτηρίζεται από ιδιοπεριστροφή. Ο λόγος γι’ αυτό είναι εύκολα κατανοητός: η μεγίστη πλειοψηφία των άστρων στο σύμπαν, από τα οποία προέρχονται οι μαύρες τρύπες, περιστρέφονται γύρω από τον άξονα τους. Ακόμα όμως και αν ο μηχανισμός με τον οποίο προκύπτει μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα είναι γνωστός, αυτό δεν βοηθά στην κατανόηση της επίδρασης που έχει το αντικείμενο αυτό στον χωροχρόνο γύρω του.
Για τη μελέτη της δομής καθώς και του βαρυτικού πεδίου μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας απαιτούνται οι κατάλληλες λύσεις των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας. Οι λύσεις αυτές είναι ιδιαίτερα δύσκολο να υπολογιστούν για περιοχές του χωροχρόνου που περιλαμβάνουν μάζα με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το γεγονός πως χρειάστηκαν 50 σχεδόν έτη μετά τις λύσεις Schwarzschild για να υπολογιστεί η μετρική του χωροχρόνου για μία περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα χωρίς ηλεκτρικό φορτίο
Το 1963, ο Νεοζηλανδός μαθηματικός Roy Kerr ανακάλυψε μία τέτοια λύση προωθώντας τη μελέτη αντικείμενων που αναμένεται να υπάρχουν στο Σύμπαν. Αναφέρεται επίσης ότι το 1965 η ερευνητική ομάδα του Ezra Newman κατόρθωσε να λύσει τις εξισώσεις του Αϊνστάιν για τη γεωμετρία του χωροχρόνου γύρω από μία περιστρεφόμενη και ηλεκτρικά φορτισμένη μαύρη τρύπα. Περαιτέρω ανάλυση απέδειξε πως η γεωμετρία αυτή των Kerr – Newman γύρω από μία μαύρη τρύπα με συγκεκριμένη μάζα, στροφορμή και ηλεκτρικό φορτίο, αποτελεί τη μόνη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν γι αυτά τα δεδομένα.
Ας σημειωθεί ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα – κατά Kerr – περιλαμβάνει και ένα δεύτερο νοητό κέλυφος, που ονομάζεται στατικό όριο και το οποίο στους πόλους περιστροφής της μαύρης τρύπας ταυτίζεται με τον ορίζοντα γεγονότων, ενώ έχει μέγιστη απόσταση στον ισημερινό του. Η περιοχή ανάμεσα στον ορίζοντα γεγονότων και το στατικό όριο ονομάζεται "εργόσφαιρα", ενώ n μοναδικότητα δεν είναι ένα απλό σημείο αλλά ένας δακτύλιος. Κάθε σώμα που βρίσκεται μέσα από το στατικό όριο παρασύρεται σε περιστροφή γύρω από τη μαύρη τρύπα.
Δεν είναι λοιπόν. καθόλου παράξενο που μια μαύρη τρύπα αντιμετωπίζεται σήμερα ως ένα πραγματικά αδιανόητο ουράνιο αντικείμενο, όπου οι νόμοι της φυσικής αδυνατούν είτε να το περιγράψουν αναλυτικότερα είτε να προβλέψουν τι συμβαίνει στο εσωτερικό του.
Physics4u's Weblog 