kozmos.hr
Svemir

Crne rupe dokazuju Einsteinovu opću teoriju relativnosti

objavljeno

Teorem ‘bez dlake’ – prema kojemu crne rupe karakteriziraju samo masa, električni naboj i kutni moment – donedavno je ostavljao neodgovorena pitanja na koja je tim fizičara nedavno ponudio odgovor.

Propitivanje Einsteinove teorije

Novi napredak u fizici pokazuje kako se Einsteinova opća teorija relativnosti i dalje drži, čak i za „ćelave“ crne rupe.

Crne rupe regije su na prostor-vremenu u kojima je sila gravitacije toliko jaka da ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći uvlačenja. Einsteinova teorija opće relativnosti predvidjela je postojanje crnih rupe, kao i predvidjela da, bez obzira što takav objekt „jede“, crne rupe karakteriziraju samo njihova masa, električni naboj i kutni moment. Astrofizičari to nazivaju teoremom „bez dlake“.

Međutim, u ovom teoremu postoji dugotrajna prepreka: magnetska polja. Da bi teorem bez dlake bio istinit, „jedenje“ materijala ne bi trebalo promijeniti primarne karakteristike crne rupe. No, dok se crne rupe mogu „rađati“ s jakim magnetskim poljima, mogu ih dobiti i „jedući“ određeni materijal, a oblaci plazme mogu održati ta magnetska polja oko crne rupe.

Tim fizičara nedavno je istražio ovu teoremsku anomaliju koristeći superračunalo kako bi simulirali crnu rupu okruženu plazmom te su otkrili da čak i kada crne rupe imaju trajna magnetska polja, teorem „bez dlake“ i Einsteinova teorija ostaju istiniti. Svoje rezultate nedavno su predstavili javnosti člankom objavljenim u časopisu Physical Review Letters.

Ova vizualizacija simulacije crne rupe prikazuje njezine linije magnetskog polja u zelenom lomu i ponovno spajanje s džepovima plazme (zeleni krugovi u sredini). (izvor: A. Bransgrove et al. Physical Review Letters 2021.)

Obrana Einsteinove teorije

„Pretpostavka ‘bez dlake’ je kamen temeljac opće relativnosti. Ako crna rupa ima dugovječno magnetsko polje, onda je pretpostavka ‘bez dlake’ narušena. Srećom, rješenje je došlo iz fizike plazme koje je spasilo pretpostavku ‘bez dlake’ od urušavanja“, rekao je koautor studije Bart Ripperda.

Tijekom svojih simulacija istraživači su otkrili da se magnetska polja oko crnih rupa mogu razvijati. Naime, simulacija je pokazala da bi se linije magnetskog polja oko crne rupe brzo raspale i ponovno spojile. Ovaj fenomen stvorio je džepove plazme, pod naponom magnetskog polja, koji bi se ‘ kretati prema gore u mjehurićima’, te konačno bili ili izbačeni u Svemir ili bi ih crna rupa progutala.

„Teoretičarima to nije palo na pamet jer obično stavljaju svoje crne rupe u vakuum, ali u stvarnim situacijama često postoji plazma, a plazma može održati i stvoriti magnetska polja, što se – dakle – poklapa s pretpostavkom ‘bez dlaka’,“ pojasnio je Ripperda.

Međutim, ono što je stvarno spasilo teorem ‘bez dlake’ jest to što su znanstvenici otkrili da je ovaj proces prilično brzo iscrpio magnetsko polje sve dok ono potpuno ne izblijedi. Ovo iscrpljivanje dogodilo se vrlo brzo – stopom od 10% brzine svjetlosti.

Fizičari otkrili kako crne rupe ‘vrše pritisak’ na svoju okolinu

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Ashley Bransgrove, Bart Ripperda, Alexander Philippov. „Magnetic Hair and Reconnection in Black Hole Magnetospheres,“ Physical Review Letters 127/5 (2021): 1-6.

Chelsea Gohd (2. studenoga 2021.), ‘Balding’ black holes prove Einstein right again on general relativity, space.com (pristup 2. studenoga 2021.)

Ja sam Filip Šimunjak, student sam završne godine studija ranonovovjekovnog povijesti na Filozofskom fakultetu u Zagrebu. U slobodno vrijeme volim čitati i pisati. Svemir, astronomija i astrofizika fasciniraju me od mladosti.