Dvije crne rupe mogu se spojiti u jednu, no obrnuti proces mnogo je teže objasniti. Novi teorijski rad ispituje bi li se jedna crna rupa mogla podijeliti na dvije manje. Proračuni pokazuju da je takav ishod u uobičajenim uvjetima zabranjen ili snažno ograničen, dok kod iznimno brze vrtnje takva mogućnost nije posve isključena.
Giacomo Cacciapaglia i kolege u radu objavljenom u časopisu Physical Review D uspoređuju energiju, vrtnju i entropiju početnog i mogućih završnih stanja. Takva usporedba pokazuje koje bi uvjete cijepanje moralo zadovoljiti, ali još ne objašnjava kako bi se odvijalo niti kolika bi bila njegova vjerojatnost.
Zašto se crna rupa obično ne može raspasti?
Crne rupe imaju entropiju, fizikalnu veličinu povezanu s brojem mikroskopskih stanja koja mogu odgovarati istim opaženim svojstvima. U klasičnom opisu ona je razmjerna površini horizonta. Za crnu rupu koja ne rotira entropija raste s kvadratom njezine mase.
Ako bismo takvu crnu rupu zamijenili dvjema manjima jednake ukupne mase, zbroj njihovih entropija bio bi manji od početne vrijednosti. To se protivi drugom zakonu termodinamike. Spajanje može povećati ukupnu površinu horizonta, dok bi ovakvo razdvajanje tražilo suprotan smjer promjene.
Važna su i svojstva samog horizonta događaja, granice iz koje svjetlost više ne može stići do udaljenog promatrača. U klasičnoj općoj relativnosti, uz pretpostavke na kojima počivaju odgovarajući teoremi, jedinstveni horizont događaja ne može se jednostavno razdvojiti na dva.
Brza vrtnja mijenja računicu
Za rotirajuće crne rupe, opisane Kerrovim rješenjem, entropijska je računica složenija. Pri istoj masi crna rupa koja brže rotira ima manju entropiju. Dio njezine vrtnje mogao bi se u zamišljenom razdvajanju pretvoriti u orbitalno gibanje dvaju manjih objekata.
Porast ukupne entropije tek je prvi uvjet. Proces mora zadovoljiti i zakone očuvanja energije i momenta količine gibanja, a nastali objekti moraju se moći udaljiti jedan od drugoga. Ako za to nema dovoljno energije, gravitacija ih ponovno dovodi zajedno.
Kada autori uključe i te uvjete, većina naizgled dopuštenih mogućnosti otpada. Iznimka bi mogla postojati blizu granice vrtnje koju Kerrov opis dopušta za zadanu masu. Ni tu, međutim, provjera početnog i završnog stanja ne daje mehanizam kojim bi crna rupa prošla kroz razdvajanje.
Zašto autori spominju oblik hlača?
Izraz iz naslova rada opisuje geometriju kroz vrijeme. Jedna početna cjelina koja prelazi u dvije odvojene grane na crtežu nalikuje hlačama s dvjema nogavicama. Ne znači da bi crna rupa na nekoj fotografiji poprimila takav oblik.
Autori pritom u većem dijelu analize prate prividne horizonte, površine određene u odabranim vremenskim presjecima prostorvremena. Promjena tih površina ne znači nužno da se razdvojio i horizont događaja. Ta je razlika važna jer rad uspoređuje moguća stanja, bez potpunog dinamičkog opisa prijelaza između njih.
Drukčija gravitacija, drukčije mogućnosti
Tim razmatra i modele s dodatnim prostornim dimenzijama te izmjene Einsteinove teorije. U nekim takvim opisima odnosi između mase, horizonta i entropije razlikuju se od klasičnih. Time se mogu pojaviti uvjeti u kojima je nastanak manjeg fragmenta termodinamički povoljan.
U višedimenzionalnim modelima poznate su i nestabilnosti izduženih objekata nalik crnim rupama. One pružaju primjere raspadanja u drukčijem geometrijskom okruženju, ali ne dokazuju da se isto događa astrofizičkim crnim rupama u našem svemiru.
Za istraživače su osobito zanimljive moguće male primordijalne crne rupe, nastale u ranom svemiru. Kad bi se u nekom dopuštenom procesu stvarali vrlo sitni fragmenti, njihovo Hawkingovo zračenje moglo bi ostaviti prepoznatljiv signal. Da bi se ta mogućnost provjerila, treba izračunati cijeli tijek razdvajanja i pokazati mogu li iz jedne crne rupe doista nastati dva odvojena objekta.
