Οι αλλαγές στα κύματα
Σύμφωνα με τους βασικούς κανόνες του Αϊνστάιν για το απλούστερο είδος μαύρης τρύπας, τα κύματα ringdown εξαρτώνται μόνο από δύο πράγματα: τη μάζα μιας μαύρης τρύπας και την ταχύτητα περιστροφής της. Αλλά τι γίνεται αν οι μαύρες τρύπες έχουν κρυμμένη ύλη γύρω τους; Αν ναι, αυτή η ύλη θα επηρέαζε επίσης τα χαρακτηριστικά των κυμάτων ringdown. Ως αποτέλεσμα, το ringdown μπορεί να περιέχει πληροφορίες για την κρυμμένη ύλη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα. Στη θεωρητική φυσική, αυτή η επιπλέον δομή ονομάζεται συχνά "τρίχα μαύρης τρύπας".
Μια ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Nagoya στην Ιαπωνία βρήκε έναν τρόπο να ελέγξει για τρίχες χρησιμοποιώντας αλλαγές στα κύματα ringdown. Διαπίστωσαν ότι η κρυμμένη ύλη δεν επηρεάζει αυτά τα κύματα ομοιόμορφα. η συχνότητα και η ταχύτητα εξασθένισης των κυμάτων αντιδρούν διαφορετικά. Αυτή η διαφορά μπορεί να δείξει εάν υπάρχει κρυμμένη ύλη και πώς η πίεσή της είναι διατεταγμένη γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Για τις περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, η κρυμμένη ύλη επηρεάζει το ringdown διαφορετικά, ανάλογα με το αν τα κύματα κινούνται παράλληλα ή αντίθετα με το σπιν της μαύρης τρύπας. Δημοσιευμένη στο Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, η μελέτη εντοπίζει ένα μοτίβο στο σήμα του βαρυτικού κύματος που θα αποτελούσε ένδειξη ότι υπάρχει κρυμμένη τρίχα και μπορεί να βοηθήσει μελλοντικές παρατηρήσεις να διακρίνουν μια τριχωτή μαύρη τρύπα από μια συνηθισμένη.
Εάν υπάρχουν τριχωτές μαύρες τρύπες
Οι επιστήμονες συνεχίζουν να δοκιμάζουν εάν η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει τέλεια τις μαύρες τρύπες και ποιες αποκλίσεις μπορεί να υπάρχουν.
Η εύρεση σημαδιών τριχών μαύρης τρύπας είναι δύσκολη επειδή διαφορετικά είδη επιπλέον ύλης ή νέας φυσικής μπορούν να αλλάξουν το ringdown με διαφορετικούς τρόπους. Αυτή η μελέτη δίνει στους ερευνητές μια πιο σαφή ιδέα για τα μοτίβα που πρέπει να αναζητήσουν στα μελλοντικά δεδομένα ringdown.
«Οι τρίχες της μαύρης τρύπας μπορεί να αντιπροσωπεύουν την ύλη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα ή αποκλίσεις από το απλούστερο είδος μαύρης τρύπας που προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα. Επειδή αυτά μπορεί να αλλάξουν ελαφρώς το σήμα ringdown, η ανίχνευση ή ο αποκλεισμός αυτών των αλλαγών θα μπορούσε να μας δώσει έναν νέο τρόπο να ελέγξουμε τη βαρύτητα σε αυτήν την ακραία περιοχή», δήλωσε η πρώτη συγγραφέας Ariadna Uxue Palomino Ylla, διδακτορική φοιτήτρια από τη Μεταπτυχιακή Σχολή Επιστημών του Πανεπιστημίου Nagoya.
Πώς ταλαντεύεται το κύμα;
Η απόσταση μεταξύ των κορυφών δείχνει πόσο γρήγορα ταλαντώνεται το κύμα. Το πόσο γρήγορα συρρικνώνονται οι κορυφές δείχνει πόσο γρήγορα εξασθενεί το σήμα. Η κρυμμένη ύλη γύρω από μια μαύρη τρύπα θα μπορούσε να αλλάξει αυτά τα δύο χαρακτηριστικά κατά διαφορετικές ποσότητες, δίνοντας στους επιστήμονες ενδείξεις για το πώς είναι αυτή η ύλη. Πίστωση: Ariadna Uxue Palomino Ylla, Πανεπιστήμιο Nagoya
Μια μαύρη τρύπα παραμορφώνει τον χωροχρόνο τόσο σοβαρά που κάμπτει τις διαδρομές του φωτός και των βαρυτικών κυμάτων. Εάν η κρυμμένη ύλη ή η νέα φυσική επηρεάσει τη βαρύτητα, τα αποτελέσματα θα ήταν πιο έντονα ακριβώς εκεί που η βαρύτητα είναι ισχυρότερη. Αυτό καθιστά τις μαύρες τρύπες το καλύτερο μέρος για να ανακαλύψουμε εάν μπορεί να υπάρχει κρυμμένη ύλη ή άγνωστη φυσική.
Τι διαπίστωσαν οι ερευνητές
Για να ελέγξει για τρίχες, η ομάδα βασίστηκε σε έναν γνωστό σύνδεσμο. Ο τρόπος με τον οποίο το φως θα περιφερόταν κοντά σε μια μαύρη τρύπα αντιστοιχεί στον τρόπο συμπεριφοράς των κυμάτων ringdown, έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να υπολογίσουν το ένα από το άλλο. Πρόσθεσαν μια μικρή ποσότητα κρυμμένης ύλης σε τυπικά μοντέλα μαύρων τρυπών και χρησιμοποίησαν τις εξισώσεις του Αϊνστάιν για να υπολογίσουν πώς αυτή η ύλη αλλάζει τη συχνότητα και την ταχύτητα fadeout του ringdown.
Οι ερευνητές δοκίμασαν αυτήν την προσέγγιση σε τρεις γνωστές θεωρητικές μαύρες τρύπες. Την επέκτειναν επίσης σε περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες και μελέτησαν το φως που περιστρέφεται με την περιστροφή και το φως που περιστρέφεται εναντίον της.
Η τρίχα επηρεάζει διαφορετικά τη συχνότητα και την ταχύτητα fadeout
Ένα βασικό εύρημα είναι ότι η συχνότητα και η ταχύτητα fadeout των κυμάτων ringdown δεν αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο. Η διαφορά μεταξύ τους εξαρτάται από το πόση κρυμμένη ύλη υπάρχει και πώς η πίεσή της είναι διατεταγμένη γύρω από τη μαύρη τρύπα.
«Τα κύματα ringdown μπορεί όχι μόνο να δείχνουν ότι κάτι επιπλέον επηρεάζει τη μαύρη τρύπα. Ο τρόπος με τον οποίο αλλάζει το σήμα θα μπορούσε επίσης να μας δώσει ενδείξεις για το πώς είναι στην πραγματικότητα αυτή η κρυμμένη ύλη», δήλωσε ο Palomino Ylla.
www.worldenergynews.gr
