Teoretiske fysikere hævder, at sorte huller tillader vortexstrukturer

Sorte huller er astronomiske objekter med ekstremt stærke tyngdekraft, som ikke engang lys kan undslippe. Mens ideen om kroppe, der ville fange lys, har eksisteret siden det 18. århundrede, fandt den første direkte observation af sorte huller sted i 2015.

Siden da har fysikere udført utallige teoretiske og eksperimentelle undersøgelser med det formål bedre at forstå disse fascinerende kosmologiske objekter. Dette havde ført til mange opdagelser og teorier om sorte hullers unikke karakteristika, egenskaber og dynamik.

Forskere ved Ludwig-Maximilians-Universität og Max-Planck-Institut für Physik har for nylig udført en teoretisk undersøgelse, der undersøger den mulige eksistens af hvirvler i sorte huller. Deres papir, udgivet i Physical Review Letters , viser, at sorte huller teoretisk set burde være i stand til at tillade hvirvelstrukturer.

"For nylig er en ny kvanteramme for sorte huller, nemlig i form af Bose-Einstein-kondensater af gravitoner (selve tyngdekraftens kvanta), blevet introduceret," siger Florian Kühnel, en af ​​forskerne, der har udført undersøgelsen, til Phys. org. "Indtil vores artikel blev publiceret, er roterende sorte huller ikke blevet grundigt undersøgt inden for denne ramme. De kan dog ikke kun eksistere, men også være reglen snarere end undtagelsen."

Kühnel og hans kolleger Gia Dvali og Michael Zantedeschi udførte adskillige beregninger baseret på eksisterende fysikteorier, især den nyligt udtænkte kvantemodel af sorte huller baseret på Bose-Einstein gravitonkondensater. Hovedmålet med deres undersøgelse var at undersøge roterende sorte huller på kvanteniveau for at afgøre, om de rent faktisk ville indrømme hvirvelstrukturer.

"Da roterende Bose-Einstein-kondensater har været genstand for intense undersøgelser i laboratorier, er det kendt, at de indrømmer hvirvelstruktur, hvis de roterer tilstrækkeligt hurtigt," sagde Kühnel. "Vi tog dette som en invitation til at lede efter disse strukturer også i modeller til roterende sorte huller - og faktisk fandt dem."

Kühnel og hans kolleger viste, at et sort hul med ekstrem spin kan beskrives som et gravitonkondensat med hvirvelstrøm. Dette er på linje med tidligere undersøgelser, der tyder på, at ekstreme sorte huller er stabile over for den såkaldte Hawking-fordampning (dvs. en sort kropsstråling, der menes at blive frigivet uden for et sort huls yderste overflade eller begivenhedshorisont).

Derudover viste forskerne, at i nærvær af mobile ladninger, fanger det sorte huls samlede hvirvel en magnetisk flux af målefeltet, hvilket ville føre til signaturemissioner, som kunne observeres eksperimentelt. Holdets teoretiske forudsigelser kunne således åbne nye muligheder for observation af nye typer stof, herunder milliladet mørkt stof.

"Vorticity er en helt ny karakteristik af sorte huller, som er på det klassiske niveau (dvs. hvis man lukker øjnene for deres kvantestruktur) fuldt karakteriseret ved tre entiteter:masse, spin og ladning," sagde Kühnel. "Dette er, hvad vi har lært af lærebøger - indtil nu. Vi viste, at vi er nødt til at tilføje hvirvler."

Holdets teoretiserede eksistens af hvirvler i sorte huller tilbyder en mulig forklaring på manglen på Hawking-stråling for maksimalt roterende sorte huller. I fremtiden kan denne teori således bane vejen for nye eksperimentelle observationer og teoretiske konklusioner.

For eksempel kunne sorte huls hvirvelstrukturer forklare de ekstremt stærke magnetiske felter, der dukker op fra aktive galaktiske kerner i vores univers. Derudover kan de potentielt være roden til næsten alle kendte galaktiske magnetfelter.

"Vi har for nylig etableret feltet med sorte huls hvirvler," tilføjede Kühnel. "Der er et væld af vigtige og spændende spørgsmål at tage fat på, herunder vedrørende de ovennævnte applikationer. Ydermere kan fremtidige gravitationsbølgeobservationer af sammensmeltende sorte huller, som hver indeholder en hvirvel (af flere af dem), åbne døren til disse nye og spændende kvanteaspekter af rum-tid." + Udforsk yderligere

Sorte huller får nye kræfter, når de spinner hurtigt nok

© 2022 Science X Network