Ψάχνοντας για «τρίχες» κατά τη συγχώνευση μαύρων τρυπών

Posted on 12/09/2019

0


Μια μαύρη τρύπα που προκύπτει από την συγχώνευση δυο μικρότερων μαύρων τρυπών υπάρχει για τα πρώτα λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου σε μια παραμορφωμένη κατάσταση. Καθώς η γεωμετρία σταθεροποιείται, εκπέμπεται μια βαρυτική κυματομορφή, το σχήμα της οποίας μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με την μάζα, την ιδιοστροφορμή και θεωρητικά για το ηλεκτρικό φορτίο. Η γενική θεωρία της σχετικότητας προβλέπει ότι αυτές οι ποσότητες και μόνο είναι αρκετές για να περιγράψουν πλήρως μια οποιαδήποτε μαύρη τρύπα – δεν υπάρχουν δηλαδή άλλα διακριτικά χαρακτηριστικά ή «τρίχες».

Εκτός από το όνομά τους οι μαύρες τρύπες οφείλουν στον John Wheeler και το ρητό που λέει: ότι «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν τρίχες!», (για την ακρίβεια η εικασία no-hair διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τους John Wheeler και Remo Ruffini to 1971 στο Physics Today). Αυτό που ήθελε να πει o Wheeler με το ότι « δεν έχουν τρίχες» ήταν ότι οι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν κάποια παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά, όπως εξογκώματα, ανομοιομορφίες κ.λπ. Όταν μια μαύρη τρύπα σχηματίζεται από την κατάρρευση ενός άστρου, ο ορίζοντας καταλήγει σε ένα τέλειο σφαιρικό σχήμα χωρίς κανένα χαρακτηριστικό. Οι μαύρες τρύπες χαρακτηρίζονται από την μάζα, την στροφορμή και το ηλεκτρικό φορτίο τους.

Mελετώντας ξανά το βαρυτικό κύμα που ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικής το 2015, γνωστό ως GW150914,  ο  Maximiliano Isi από το MIT και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν αυτό το «χωρίς τρίχες» θεώρημα διαμέσου μιας προσέγγισης που ονομάζεται φασματοσκοπία μαύρης τρύπας. Η προσέγγιση συνεπάγεται μια εις βάθος ανάλυση των συχνοτήτων του φάσματος του σήματος της βαρυτικής κυματομορφής.

Παλαιότερες μελέτες είχαν υποθέσει πως η δυναμική του σήματος αμέσως μετά την συγχώνευση ήταν πολύ περίπλοκη για να αναλυθεί, εξαιτίας των μεγάλων μη γραμμικών παραμορφώσεων στην δυναμική του χωροχρόνου. Όμως, ο Isi και οι συνεργάτες του, διαπίστωσαν ότι αυτή η περίοδος μπορεί να περιγραφεί από έναν απλό γραμμικό συνδυασμό φθίνουσων τρόπων ταλάντωσης: τον μακροβιότερο θεμελιώδη τρόπο και τουλάχιστον έναν ακόμα τρόπο ταλάντωση μεγαλύτερης συχνότητας. Αν ισχύει το «χωρίς τρίχες θεώρημα» τότε πρέπει να περιοριστούν οι συχνότητες και οι ρυθμοί εκπομπής αυτών των σημάτων σε συγκεκριμένες τιμές.

Η ανάλυση της ερευνητικής ομάδας υποστηρίζει το θεώρημα, αλλά η ακρίβεια της διερεύνησης θα βελτιωθεί σημαντικά μελετώντας τις μελλοντικές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών που αναμένεται να ανιχνευθούν. Επιπλέον, η φασματοσκοπία της μαύρης τρύπας θα μπορούσε κάποια μέρα να αποκλείσει την πιθανότητα οι μαύρες τρύπες να είναι στην πραγματικότητα αντικείμενα που «μιμούνται» τις μαύρες τρύπες – υποθετικά συμπαγή αντικείμενα σαν τα άστρα μποζονίων ή τα gravastars που δεν διαθέτουν ορίζοντα γεγονότων. Οι ιδιότητές τους θα εμφανίζονται ως αποκλίσεις στην μορφή του σήματος που προβλέπει η γενική σχετικότητα.

πηγές:
1. Hunting for Hair on Coalescing Black Holes 
2. Τesting the no-hair theorem with GW150914