Svarta hål är astronomiska föremål med extremt starka gravitationskrafter som inte ens ljus kan fly från. Medan idén om kroppar som skulle fånga ljus har funnits sedan 1700-talet, ägde den första direkta observationen av svarta hål rum 2015.

Sedan dess har fysiker genomfört otaliga teoretiska och experimentella studier som syftar till att bättre förstå dessa fascinerande kosmologiska objekt. Detta hade lett till många upptäckter och teorier om de unika egenskaperna, egenskaperna och dynamiken hos svarta hål.

Forskare vid Ludwig-Maximilians-Universität och Max-Planck-Institut für Physik har nyligen genomfört en teoretisk studie som utforskar den möjliga förekomsten av virvlar i svarta hål. Deras artikel, publicerad i Physical Review Letters , visar att svarta hål teoretiskt sett borde kunna släppa in virvelstrukturer.

"Nyligen har ett nytt kvantramverk för svarta hål, nämligen i termer av Bose-Einstein-kondensat av gravitoner (kvantiteten av gravitationen), introducerats," sa Florian Kühnel, en av forskarna som genomförde studien, till Phys. org. "Fram tills vår artikel publicerades har roterande svarta hål inte studerats noggrant inom detta ramverk. Men de kanske inte bara existerar utan också är regeln snarare än undantaget."

Kühnel och hans kollegor Gia Dvali och Michael Zantedeschi utförde flera beräkningar baserade på existerande fysikteorier, särskilt den nyligen framtagna kvantmodellen av svarta hål baserad på Bose-Einstein gravitonkondensat. Huvudmålet med deras studie var att undersöka roterande svarta hål på kvantnivå, för att avgöra om de faktiskt skulle tillåta virvelstrukturer.

"Eftersom roterande Bose-Einstein-kondensat har varit föremål för intensiva studier i laboratorier, är det känt att de tillåter virvelstruktur om de roterar tillräckligt snabbt," sa Kühnel. "Vi tog detta som en inbjudan att leta efter dessa strukturer också i modeller för roterande svarta hål - och faktiskt hittade dem."

Kühnel och hans kollegor visade att ett svart hål med extremt spinn kan beskrivas som ett gravitonkondensat med virvel. Detta är i linje med tidigare studier som tyder på att extrema svarta hål är stabila mot den så kallade Hawking-avdunstning (dvs. en svart kroppsstrålning som tros släppas ut utanför ett svart håls yttersta yta, eller händelsehorisont).

Dessutom visade forskarna att i närvaro av mobila laddningar fångar det svarta hålets totala virvel ett magnetiskt flöde av mätfältet, vilket skulle leda till signaturemissioner som kunde observeras experimentellt. Teamets teoretiska förutsägelser kan därmed öppna nya möjligheter för observation av nya typer av materia, inklusive milliladdad mörk materia.

"Vorticity är en helt ny egenskap hos svarta hål, som är på den klassiska nivån (dvs om man blundar för deras kvantstruktur) helt kännetecknad av tre enheter:massa, spin och laddning," sa Kühnel. "Det här är vad vi lärde oss från läroböcker - fram till nu. Vi visade att vi måste lägga till virvel."

Teamets teoretiserade existens av virvlar i svarta hål erbjuder en möjlig förklaring till bristen på Hawking-strålning för maximalt roterande svarta hål. I framtiden kan denna teori alltså bana väg för nya experimentella observationer och teoretiska slutsatser.

Till exempel kan svarta håls virvelstrukturer förklara de extremt starka magnetfält som kommer från aktiva galaktiska kärnor i vårt universum. Dessutom kan de potentiellt vara roten till nästan alla kända galaktiska magnetfält.

"Vi har nyligen etablerat fältet för svarta håls virvlar," tillade Kühnel. "Det finns en uppsjö av viktiga och spännande frågor att ta itu med, inklusive angående de tillämpningar som nämns ovan. Dessutom kan framtida gravitationsvågobservationer av sammanslagna svarta hål, som vart och ett innehåller en virvel (av flera av dessa), öppna dörren till dessa nya och spännande kvantaspekter av rum-tid." + Utforska vidare

Svarta hål får nya krafter när de snurrar tillräckligt snabbt

© 2022 Science X Network