(Phys.org)—2013, en grupp fysiker från Österrike föreslog att det skulle finnas en ny och ovanlig kraft som kallas "den svarta kroppskraften". Svarta kroppar – föremål som absorberar allt inkommande ljus och därför verkar svarta vid rumstemperatur – har länge varit kända för att avge svartkroppsstrålning, som stöter bort små närliggande föremål som atomer och molekyler. Men fysikerna visade att svartkroppar teoretiskt sett också utövar en attraktionskraft på dessa föremål. De kallade denna kraft för "den svarta kroppskraften, "och visade att det kan vara starkare än svartkroppsstrålning, och - för mycket små partiklar - ännu starkare än gravitationen.

Nu i en ny studie publicerad i EPL , ett annat team av fysiker, C.R. Muniz et al., vid Ceará State University och Federal University of Ceará, Brasilien, har teoretiskt visat att den svarta kroppskraften inte bara beror på geometrin hos själva kropparna, men också på både den omgivande rumtidsgeometrin och topologin. I vissa fall, tar hänsyn till dessa senare faktorer ökar styrkan av svartkroppskraften avsevärt. Resultaten har konsekvenser för en mängd olika astrofysiska scenarier, såsom planet- och stjärnbildning, och eventuellt labbbaserade experiment.

"Detta arbete sätter den svartkroppskraft som upptäcktes 2013 i ett vidare sammanhang, som involverar starka gravitationskällor och exotiska föremål som kosmiska strängar såväl som de mer prosaiska som finns i kondenserad materia, " berättade Muniz Phys.org .

Som forskarna visade 2013, svartkroppskraften uppstår när värmen som absorberas av en svartkropp får den svarta kroppen att avge elektromagnetiska vågor som förskjuter atomenerginivåerna för närliggande atomer och molekyler. Dessa skiftningar gör att atomerna och molekylerna attraheras till de svarta kropparna på grund av deras höga strålningsintensitet, dra ihop dem.

I den nya studien, fysikerna undersökte sfäriska svarta kroppar och cylindriska svarta kroppar, och visade hur topologin och den lokala krökningen av rumtiden påverkar deras svartkroppskrafter. De visade att ultratäta sfäriska svartkroppar som en neutronstjärna (som rymdtiden är mycket krökt runt) genererar en starkare svartkroppskraft på grund av krökningen jämfört med svarta kroppar i platt rymdtid. De förklarar att detta beror på att gravitationen modifierar både temperaturen på den svarta kroppen och den rymdvinkel vid vilken de närliggande atomerna och molekylerna "ser" den svarta kroppen. Å andra sidan, en mindre tät svartkropp som vår sol (där rumtiden är mindre krökt) genererar en svartkroppskraft som är mycket lik den i det platta höljet.

Forskarna övervägde sedan fallet med en global monopol, ett sfäriskt objekt som modifierar rymdens globala egenskaper, och fann en annan typ av inflytande. Medan för andra sfäriska svartkroppar, rumtidspåverkan är gravitationell och minskar med avståndet till den svarta kroppen, för den globala monopolen är inflytandet av topologisk natur, minskar med avståndet men når så småningom ett konstant värde.

Till sist, när man undersöker den svarta kroppskraften hos cylindriska svarta kroppar runt vilka rumtiden är lokalt platt, forskarna hittade ingen gravitationskorrigering av temperaturen, men, förvånande, en effekt på vinklarna med närliggande föremål. Och när en cylindrisk svartkropp blir oändligt tunn, förvandlas till en hypotetisk kosmisk sträng, svartkroppskraften försvinner helt. Övergripande, forskarna förväntar sig att dessa nyupptäckta geometriska och topologiska influenser på den svarta kroppskraften kommer att hjälpa till att klargöra vilken roll denna ovanliga kraft spelar på objekt i hela universum.

"Vi tror att intensifieringen av den svarta kroppskraften på grund av de ultratäta källorna på ett detekterbart sätt kan påverka de fenomen som är förknippade med dem, som utsläpp av mycket energirika partiklar, och bildandet av ansamlingsskivor runt svarta hål, ", sa Muniz. "Den kraften kan också hjälpa till att upptäcka Hawking-strålningen som sänds ut av dessa senare föremål, eftersom vi vet att sådan strålning lyder svartkroppens spektrum. I framtiden, vi skulle vilja undersöka beteendet hos den kraften i andra rymdtider, samt påverkan av extra dimensioner på den."

© 2017 Phys.org