När ett massivt astrofysiskt objekt, som en bosonstjärna eller ett svart hål, roterar, det kan få den omgivande rymdtiden att rotera tillsammans med den på grund av effekten av bilddragning. I ett nytt papper, fysiker har visat att en partikel med precis rätt egenskaper kan stå helt stilla i en roterande rymdtid om den upptar en "statisk bana" - en ring av punkter som ligger ett kritiskt avstånd från centrum av den roterande rumtiden.

Fysikerna, Lucas G. Collodel, Burkhard Kleihaus, och Jutta Kunz, vid universitetet i Oldenburg i Tyskland, har publicerat en artikel där de föreslår förekomsten av statiska banor i roterande rymdtider i en ny utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"Vårt arbete presenterar med extrem enkelhet en lång ignorerad egenskap hos vissa rum som är ganska kontraintuitiv, "Berättade Collodel Phys.org . "Allmän relativitet har funnits i lite mer än hundra år nu och det slutar aldrig att förvåna, och att utforska hur olika distributioner av energi kan förvränga rumtidens geometri på ett icke-trivialt sätt är nyckeln till en djupare förståelse."

I deras tidning, fysikerna identifierar två kriterier för att en partikel ska förbli i vila med avseende på en statisk observatör i en roterande rymdtid. Först, partikelns vinkelmoment (i princip sin egen rotation) måste ha precis rätt värde så att den perfekt avbryter rotationen på grund av bilddragning. Andra, partikeln måste placeras exakt i den statiska banan, en ring runt mitten av den roterande rymdtiden vid vilken partikeln varken dras mot mitten eller skjuts bort.

En nyckelpunkt är att inte alla astrofysiska objekt med roterande rumstider har statiska banor, som i framtiden kan hjälpa forskare att skilja mellan olika typer av astrofysiska objekt. Som fysikerna förklarar, för att få en statisk bana, en roterande rymdtidens mått (i princip den funktion som beskriver rymdtiden i allmän relativitet) måste ha ett lokalt minimum, vilket motsvarar det kritiska avstånd på vilket den statiska banan är belägen. På sätt och vis, en partikel kan sedan "fångas" i vila i detta lokala minimum.

Fysikerna identifierar flera astrofysiska objekt som har statiska banor, inklusive bosonstjärnor (hypotetiska stjärnor gjorda av bosonisk materia som, som svarta hål, har enorm tyngdkraft men avger inte ljus), maskhål, och håriga svarta hål (svarta hål med unika egenskaper, såsom extra avgift). Å andra sidan, Kerr -svarta hål (som anses vara den vanligaste typen av svarta hål) har inte mätvärden med lokala minima, och har därför inte statiska banor. Så bevis för en statisk bana kan ge ett sätt att skilja mellan Kerr -svarta hål och några av de mindre vanliga föremålen med statiska banor.

Medan fysikerna erkänner att det kan vara osannolikt att förvänta sig att en partikel med precis rätt rörelsemängd ska existera på precis rätt plats för att förbli i vila i en roterande rumstid, det kan fortfarande vara möjligt att upptäcka förekomsten av statiska banor på grund av vad som händer i närheten. Partiklar som ursprungligen vilar nära de statiska banorna förutspås röra sig långsammare än de som ligger längre bort. Så även om forskare aldrig observerar en partikel som står stilla, de kan observera långsamt rörliga partiklar i närheten, som indikerar förekomsten av en närliggande statisk bana.

"Att erkänna existensen av den statiska ringen hjälper oss att bättre uppskatta vad vi ska planera och förvänta oss av framtida observationer, "Sa Collodel." Till exempel, vi kan söka efter ringen för att identifiera möjliga exotiska föremål, som bosonstjärnan, eller till och med med säkerhet (vid observation av ringen) försäkra att en AGN [aktiv galaktisk kärna] inte drivs av ett Kerr -svart hål. I framtiden planerar vi att undersöka hur närvaron av ringen kan påverka accretion diskar, som i detta skede är mycket lättare att observera, och om det kunde skydda vissa föremål från infallande materia. "

© 2018 Phys.org