Črne luknje: dve za eno!

Danes predstavljamo ugotovitve znanstvenikov in znanstvenic iz Velike Britanije in Katalonije, ki so prvi uspeli rešiti Einsteinove kozmološke enačbe z več kot eno črno luknjo v prostoru-času, ki se zaradi pozitivne kozmološke konstante razširja. S tem so odkrili teoretično možno ravnovesno stanje dveh statičnih črnih lukenj, svoje izsledke pa objavili v reviji Physical Review Letters.

Raziskovalna skupina je za teoretično preučevanje ravnovesja dveh črnih lukenj v štiridimenzionalnem prostoru uporabila najpreprostejši primer: dve enako masivni luknji, ki se ne vrtita okoli svojih osi in sta električno nevtralni. Postavili so ju v kozmološki prostor s pozitivno vrednostjo kozmološke konstante, ki razteza prostor-čas enako kot naše vesolje in s tem luknji oddaljuje drugo od druge. Ker privlačna gravitacijska sila vleče luknji skupaj, sta prispevka privlaka in raztezanja pri določenih pogojih izenačena, s čimer bi sistem moral biti stabilen.

Skupina je nato preverila, pod katerimi pogoji je takšen teoretičen scenarij mogoč in stabilen v okviru klasične ali Newtonove mehanike. Pod pogoji, da ne velikost črnih lukenj ne oddaljenost med njima nista preveliki, klasičen opis fizike takšen sistem dovoljuje. Raziskovalci in raziskovalke so nato z uporabo DeTurckove metode numerično rešili še Einsteinove kozmološke enačbe za izbran primer ter pridobili sistem diferencialnih enačb in njihove rešitve. S tem so lahko primerjali, kje se Newtonova in Einsteinova mehanika ujemata.

Numerični rezultati rešitev Einsteinovih enačb se ujemajo z Newtonskimi napovedmi pri dovolj majhnih in vročih črnih luknjah, kar potrjuje pravilnost rešitev enačb v Newtonski limiti. Raziskovalna skupina je odkrila tudi, da sistem dveh črnih lukenj termodinamsko ni stabilen, saj je entropija pára črnih lukenj vedno nižja od entropije ene same črne luknje. To pomeni, da se lahko po termodinamskih zakonih dve črni luknji vedno združita v eno, obraten proces pa ni mogoč. Ker je dinamično ravnovesje zelo občutljivo na majhne spremembe parametrov, skupina meni, da je sistem labilno ravnovesen, s tem pa v praksi dinamično nestabilen. V primeru majhnih sprememb dinamičnih parametrov v takšnem sistemu bi sledila združitev dveh lukenj v eno.

Znanstvenikom in znanstvenicam je uspelo najti rešitve Einsteinovih enačb z več črnimi luknjami v prostoru s pozitivno kozmološko konstanto. Tako so potrdili teoretično mogoč sistem dveh črnih lukenj, kjer se privlačna gravitacijska sila izenači z razširjanjem prostora-časa med luknjama. Čeprav je v raziskavi obravnavan le najpreprostejši primer, želijo v nadaljnjem raziskovalnem delu poiskati rešitve Einsteinovih enačb tudi za druge parametre črnih lukenj, denimo vrteče se črne luknje ali pa par z različnima masama in velikostima.

Dveh črnih lukenj za ceno ene se ne brani Filip.

Vir slike: https://images.app.goo.gl/VTiQHjdzqVF1jbVQ6