Hvordan en partikel kan stå stille i roterende rumtid

Når et massivt astrofysisk objekt, såsom en bosonstjerne eller sort hul, roterer, det kan få den omgivende rumtid til at rotere sammen med den på grund af effekten af ​​rammetrækning. I et nyt papir, fysikere har vist, at en partikel med de helt rigtige egenskaber kan stå helt stille i en roterende rumtid, hvis den indtager en "statisk bane" - en ring af punkter, der ligger en kritisk afstand fra midten af ​​den roterende rumtid.

Fysikerne, Lucas G.Collodel, Burkhard Kleihaus, og Jutta Kunz, ved universitetet i Oldenburg i Tyskland, har udgivet et papir, hvor de foreslår eksistensen af ​​statiske kredsløb i roterende rumtider i en nylig udgave af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vores arbejde præsenterer med ekstrem enkelthed et længe ignoreret træk ved bestemte rumtiden, der er ret kontraintuitivt, "Fortalte Collodel Phys.org . "Generel relativitet har eksisteret i lidt mere end hundrede år nu, og det stopper aldrig med at forbløffe, og at undersøge måderne, hvorpå forskellige energifordelinger kan forvride rumtidens geometri på en ikke-triviel måde, er nøglen til en dybere forståelse. "

I deres papir, fysikerne identificerer to kriterier for, at en partikel skal forblive i ro i forhold til en statisk observatør i en roterende rumtid. Først, partiklens vinkelmoment (grundlæggende sin egen rotation) skal have den helt rigtige værdi, så den fuldstændigt annullerer rotationen på grund af rammetrækning. Sekund, partiklen skal være placeret præcist i den statiske bane, en ring omkring midten af ​​den roterende rumtid, hvor partiklen hverken trækkes mod midten eller skubbes væk.

Et centralt punkt er, at ikke alle astrofysiske objekter med roterende rumtiden har statiske kredsløb, som i fremtiden kan hjælpe forskere med at skelne mellem forskellige typer astrofysiske objekter. Som fysikerne forklarer, for at få en statisk bane, en roterende rumtidens metric (grundlæggende den funktion, der beskriver rumtiden i generel relativitet) skal have et lokalt minimum, hvilket svarer til den kritiske afstand, som den statiske bane er placeret ved. I en vis forstand, en partikel kan derefter "fanges" i hvile i dette lokale minimum.

Fysikerne identificerer flere astrofysiske objekter, der har statiske kredsløb, herunder bosonstjerner (hypotetiske stjerner lavet af bosonisk stof, der, som sorte huller, har enorm tyngdekraft, men udsender ikke lys), ormehuller, og behårede sorte huller (sorte huller med unikke egenskaber, f.eks. tillægsgebyr). På den anden side, Kerr sorte huller (menes at være den mest almindelige form for sort hul) har ikke metrics med lokale minima, og har derfor ikke statiske kredsløb. Så bevis for en statisk bane kan give en måde at skelne mellem Kerr sorte huller og nogle af de mindre almindelige objekter med statiske baner.

Selvom fysikerne erkender, at det kan være usandsynligt, at man forventer, at en partikel med det helt rigtige vinkelmoment eksisterer på det helt rigtige sted for at forblive i ro i en roterende rumtid, det kan stadig være muligt at opdage eksistensen af ​​statiske kredsløb på grund af, hvad der sker i nærheden. Partikler, der i første omgang hviler nær de statiske baner, forudsiges at bevæge sig langsommere end dem, der er placeret længere væk. Så selvom forskere aldrig observerer en partikel, der står stille, de kan observere langsomt bevægelige partikler i nærheden, angiver eksistensen af ​​en nærliggende statisk bane.

"At anerkende eksistensen af ​​den statiske ring hjælper os med bedre at forstå, hvad vi skal planlægge og forvente af fremtidige observationer, "Sagde Collodel." For eksempel, vi kan søge efter ringen for at identificere mulige eksotiske objekter, såsom bosonstjernen, eller endda forsikre med tillid (ved observation af ringen), at en AGN [aktiv galaktisk kerne] ikke drives af et Kerr -sort hul. I fremtiden planlægger vi at undersøge, hvordan tilstedeværelsen af ​​ringen kan påvirke tilførselsdiske, som på dette stadium er meget lettere at observere, og hvis det kunne afskærme nogle genstande mod infallende stof. "

© 2018 Phys.org