Физичарите пронајдоа дупка низ која црна дупка може да се подели на два дела

Содржина:

• Вториот закон ја прави поделбата слична на самостојно составување скршена чаша
• Кај брзовртечките црни дупки дел од вртењето би можел да стане орбитално движење
• Во „Physical Review D“ тимот ги стави сите сценарија под три проверки
• Ентропијата бараше тежок фрагмент, бегството бараше лесен
• Само фрагменти полесни од Планковата маса би испариле пред да бидат повлечени назад
• Тенка црна струна може да се раскине поради нестабилноста на Грегори Лафлам
• Суперрадијантноста бара природен резонатор што вселената не го покажала
• Fermi-LAT и новите детектори би можеле да бараат трага од примордијални црни дупки

Вториот закон ја прави поделбата слична на самостојно составување скршена чаша

Црните дупки во вселената редовно се судираат и се спојуваат, а опсерваториите за гравитациски бранови постојано регистрираат такви настани. Но обратниот процес, делење на една црна дупка на две нови, физиката навидум целосно го исклучува.
Главниот аргумент е вториот закон на термодинамиката. Секоја црна дупка поседува ентропија што е правопропорционална на површината на нејзиниот хоризонт на настани. При делење на стандардна црна дупка, збирната површина на новите хоризонти неизбежно се намалува. Бидејќи ентропијата не смее да опаѓа, процесот се смета за подеднакво невозможен како и спонтаното составување на скршена чаша.

Кај брзовртечките црни дупки дел од вртењето би можел да стане орбитално движење

Сепак, ротирачките црни дупки имаат значително пониска ентропија од неподвижните објекти со иста маса. Токму тука се појавува теоретската вратичка.
Ако ротацијата е екстремно брза, таа би можела да ја надомести загубата што инаку ја забранува поделбата. Дел од сопственото вртење би преминал во движење на новосоздадените делови околу заедничкиот центар. Клучното прашање било дали таа енергија е доволна за фрагментите да се оддалечат еден од друг, наместо веднаш повторно да колабираат назад под дејство на силната гравитација.

Во „Physical Review D“ тимот ги стави сите сценарија под три проверки

Физичарите одлучија темелно да ги систематизираат сите можни сценарија за делење на црните дупки и да утврдат кои закони го попречуваат овој процес, а кои специфични услови би можеле да го овозможат. Резултатите од ова истражување се објавени во реномираното научно списание „Physical Review D“.
Истражувачите најпрво анализираа брзовртечка црна дупка во рамките на Општата теорија на релативноста. Симулираа нејзино раздвојување на два дела и проверија три суштински критериуми: постојан раст на ентропијата, реална физичка брзина на разлетување и доволна кинетичка енергија за совладување на гравитациската привлечност на главното тело.

Ентропијата бараше тежок фрагмент, бегството бараше лесен

Пресметките открија длабок конфликт меѓу физичките барања. Од една страна, ентропијата налагала поголемиот фрагмент да има што е можно поголема маса. Од друга страна, условот за бегство барал токму спротивното, фрагментот да биде колку што е можно полесен.
Во најголем број симулации, новосоздадениот дел настанувал во непосредна близина на хоризонтот, но не поседувал доволно енергија за да се ослободи. По извесно време, повторно паѓал назад.

Само фрагменти полесни од Планковата маса би испариле пред да бидат повлечени назад

Сите три услови научниците успеале теоретски да ги усогласат единствено кај речиси екстремните црни дупки, односно кај оние што ротираат со брзина што се граничи со апсолутниот теоретски максимум.
Пресметките покажаа дека само исклучително мали фрагменти, полесни од Планковата маса, би можеле да испарат преку квантно зрачење пред гравитацијата целосно да ги повлече назад. Тоа не е слободно распаѓање на црна дупка во секојдневна смисла, туку тесна теоретска можност на самиот раб на дозволеното.

Тенка црна струна може да се раскине поради нестабилноста на Грегори Лафлам

Тимот анализираше и поегзотични теоретски сценарија. Во физичките модели со дополнителни просторни димензии, ваквото делење веќе е нумерички докажано: тенка црна струна може спонтано да се раскине на низа згуснувања поради нестабилноста на Грегори Лафлам.
Сепак, постоењето на дополнителни димензии досега не е експериментално докажано. Затоа овој резултат, колку и да е важен за математиката на гравитацијата, засега останува исклучиво математичка хипотеза.

Суперрадијантноста бара природен резонатор што вселената не го покажала

Научниците посебно го разгледаа и феноменот на суперзрачење, познат и како суперрадијантност. Доколку електромагнетните или гравитациските бранови околу ротирачка црна дупка бидат заробени во некаков природен резонатор, тие можат постојано да извлекуваат енергија од неа и да се концентрираат во локални густини.
Ова претставува еден вид индиректно делење без вистинско раскинување на хоризонтот на настани. Но физичарите го сметаат за крајно шпекулативно, бидејќи во вселената не постои познат механизам што би ги задржал брановите во таква стапица.

Fermi-LAT и новите детектори би можеле да бараат трага од примордијални црни дупки

Заклучокот на истражувањето е дека стандардната четиридимензионална физика поставува речиси непремостливи граници за делењето на црните дупки. Но при специфични гранични услови, или при промена на гравитациските закони, се отвора теоретска можност една дупка да се раздели на две.
Авторите очекуваат дека на ваков процес би можеле да бидат подложни првенствено примордијалните црни дупки создадени во раниот универзум, а не оние настанати од колапс на масивни ѕвезди. Оваа претпоставка би можела во иднина индиректно да се провери преку гама-телескопот „Fermi-LAT“ и најновата генерација детектори на гравитациски бранови.