Crna rupa i skalarno polje koje je okružuje mogu se u određenom teorijskom modelu razdvojiti u dva samostalna objekta. Računalne simulacije pokazale su da crna rupa može napustiti središte takve konfiguracije, dok polje ostaje povezano vlastitom gravitacijom kao hipotetska bozonska zvijezda. U drugom mogućem ishodu crna rupa jednostavno proguta okolno polje.
Simulirani proces nastaje zbog nestabilnosti sustava u kojem se polje nalazi izvan horizonta događaja crne rupe, a ne zbog izlaska tvari iz njezine unutrašnjosti. Istraživači su pratili što se događa kada tom sustavu dopuste da izgubi početnu sfernu simetriju.
José Ferreira, Carlos Herdeiro, Eugen Radu i Miguel Zilhão sa Sveučilišta u Aveiru u Portugalu objavili su rad u časopisu Physical Review D 2. rujna. Proučavali su električki nabijene crne rupe s takozvanom rezonantnom skalarnom “kosom”, matematički mogućom dodatnom strukturom koju standardni opis crne rupe ne uključuje.
Što fizičari nazivaju “kosom” crne rupe
U uobičajenom opisu izolirane, ustaljene crne rupe dovoljno je navesti masu, kutni moment povezan s rotacijom i električni naboj. Metafora o crnim rupama “bez kose” odnosi se na odsutnost drugih neovisnih obilježja pod određenim pretpostavkama. Kada se te pretpostavke prošire novim poljima i njihovim međudjelovanjima, jednadžbe mogu dopustiti složenije konfiguracije.
U ovom radu dodatnu strukturu tvori skalarno polje. Za razliku od vektorskog polja, skalarno polje nema pridružen smjer: opisuje se vrijednošću u svakoj točki prostora i vremena. Njegova se pobuđenja u čestičnom opisu povezuju s česticama spina nula. U modelu koji je tim proučavao polje je električki nabijeno i međudjeluje i samo sa sobom.
Takvo se polje može nakupiti oko crne rupe i znatno pridonositi masi cijelog sustava. Poseban rezonantni uvjet omogućuje da polje oko crne rupe ostane u ravnoteži, umjesto da ga ona odmah proguta. Postojanje ravnotežnog rješenja, međutim, ne jamči da će ono preživjeti malu promjenu položaja ili oblika.
Sferna simetrija skrivala je nestabilnost
Ranije simulacije ograničene na sfernu simetriju upućivale su na stabilnost. Takvo ograničenje znači da se sustav u svakom smjeru mora razvijati na jednak način. Ono olakšava računanje, ali ne dopušta da se crna rupa pomakne iz središta ili da se raspodjela polja razvija nejednako u različitim smjerovima.
U novim simulacijama istraživači su uklonili to ograničenje. Tim je numerički pratio više početnih konfiguracija i dva različita oblika samointerakcije skalarnog polja. Nestabilnosti su se pojavljivale u oba proučena modela. Nestabilnost su mogle pokrenuti već sitne nepravilnosti nastale pri računanju, bez namjernog dodavanja poremećaja.
U prvom ishodu ravnoteža se narušila tako da je okolno polje postupno apsorbirano. Preostala je crna rupa bez te dodatne strukture. Autori taj put nazivaju apsorpcijom, a češće se pojavljivao u konfiguracijama s kompaktnijom “kosom”.
Drugi ishod nazivaju fisijom, odnosno razdvajanjem. Crna rupa počela se udaljavati od središta polja i nije se vratila u ravnotežni položaj. Sustav se naposljetku razdvojio na crnu rupu i zasebnu nakupinu polja koju na okupu drži vlastita gravitacija. Manje kompaktne konfiguracije bile su podložnije takvom ishodu, premda vrijeme razvoja nestabilnosti ovisi i o drugim svojstvima sustava.
Bozonska zvijezda ostaje hipotetski objekt
Bozonska zvijezda naziv je za teorijski objekt koji na okupu drži gravitacija, a sastavljen je od bozonskog polja. Nema horizont događaja poput crne rupe. U prikazanim simulacijama nakupina polja nakon razdvajanja mogla je opstati kao takav objekt, dok se odvojena crna rupa nastavila kretati bez svoje prijašnje skalarne strukture.
Znanstvenici već razmatraju moguće gravitacijske signale bozonskih zvijezda koji bi pomogli u potrazi za njima. Njihovo postojanje zasad nije potvrđeno, a novi rad pokazuje kako bi mogle nastati u proučavanom teorijskom modelu.
Primjenu ovih rezultata na stvarne crne rupe ograničava uloga električnog naboja u modelu. Razdvajanje u modelu proizlazi iz nestabilne ravnoteže gravitacijskog privlačenja i elektromagnetskog odbijanja. Od astrofizičkih crnih rupa očekuje se vrlo malen ukupni električni naboj, pa autori u razgovoru za ScienceAlert naglašavaju da je ovo prije svega pojednostavljen teorijski model.
Otvoreno je može li u realističnijim konfiguracijama rotacija imati sličnu ulogu. Autore zanima i kakve bi gravitacijske valove stvaralo naglo narušavanje simetrije. Oblik tog signala tek treba izračunati. Takav bi izračun, uz provjeru nestabilnosti u modelima bližima stvarnim crnim rupama, mogao pokazati kako razlikovati ovaj proces od spajanja crnih rupa.
