Черные дыры должны иметь вихри | Астрономия и космонавтика сегодня
Ср. Сен 28th, 2022
Черная дыра со множеством вихрей
Черные дыры — это астрономические объекты с чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, от которого не может ускользнуть даже свет. Хотя идея тел, улавливающих свет, существует с 18 века, первое непосредственное наблюдение черных дыр состоялось в 2015 году.

С тех пор физики провели бесчисленное количество теоретических и экспериментальных исследований, направленных на улучшение понимания этих увлекательных космологических объектов. Это привело ко многим открытиям и теориям об уникальных характеристиках, свойствах и динамике черных дыр.

Исследователи из Университета Людвига-Максимилиана и Института физики Общества Макса Планка недавно провели теоретическое исследование возможного существования вихрей в черных дырах. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, показывает, что теоретически черные дыры должны иметь вихревые структуры.

«Недавно была введена новая квантовая структура для черных дыр, а именно с точки зрения конденсатов Бозе-Эйнштейна (квантов самой гравитации)», — сказал Флориан Кюнель (Florian Kühnel), один из исследователей, проводивших исследование. «Вплоть до публикации нашей статьи вихревые черные дыры в рамках этой концепции тщательно не изучались. Однако они могут не только существовать, но и быть скорее правилом, чем исключением».

Ключевой целью исследования ученых было изучение вращающихся черных дыр на квантовом уровне, чтобы определить, действительно ли они допускают вихревые структуры.

Поскольку вращающиеся конденсаты Бозе-Эйнштейна были предметом интенсивных исследований в лабораториях, известно, что они допускают вихревую структуру, если вращаются достаточно быстро. Исследователи восприняли это как приглашение к поиску этих структур в моделях вращающихся черных дыр — и действительно их нашли.

Кюнель и его коллеги показали, что черную дыру с экстремальным спином можно описать как гравитонный конденсат с завихренностью. Это согласуется с предыдущими исследованиями, предполагающими, что экстремальные черные дыры устойчивы к так называемому испарению Хокинга (то есть излучению черного тела, которое, как считается, высвобождается за пределами внешней поверхности черной дыры или горизонта событий).

Кроме того, исследователи показали, что при наличии подвижных зарядов общий вихрь черной дыры захватывает магнитный поток калибровочного поля, что приводит к характерным излучениям, которые можно наблюдать экспериментально. Таким образом, теоретические предсказания команды могут открыть новые возможности для наблюдения за новыми типами материи, включая миллизарядную темную материю.

«Завихренность — это совершенно новая характеристика черных дыр, которые на классическом уровне (то есть, если закрыть глаза на их квантовую структуру) полностью характеризуются тремя сущностями: массой, спином и зарядом», — сказал Кюнель. «Это то, что мы знали из учебников — но только до сих пор. Мы показали, что нам нужно добавить к этим сущностям и завихренность».

Предполагаемое группой ученых существование вихрей в черных дырах предлагает возможное объяснение отсутствия излучения Хокинга для черных дыр с максимальным вращением. Таким образом, в будущем эта теория может проложить путь к новым экспериментальным наблюдениям и теоретическим выводам.

Например, вихревые структуры черных дыр могут объяснить чрезвычайно сильные магнитные поля, возникающие в активных ядрах галактик в нашей Вселенной. Кроме того, потенциально они могут лежать в основе почти всех известных галактических магнитных полей.

Источник: Gia Dvali et al, Vortices in Black Holes, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061302

Изображение к статье: Эскиз черной дыры со множеством вихрей. Цвета обозначают ориентацию, а соответствующие захваченные силовые линии магнитного поля отмечены черным цветом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.