Traditionelle sorte huller, som forudsagt af Albert Einsteins teori om generel relativitet, indeholder det, der er kendt som singulariteter, dvs. punkter, hvor fysiklovene bryder sammen. Identificering af, hvordan singulariteter løses i sammenhæng med kvantetyngdekraften, er et af de grundlæggende problemer i teoretisk fysik.
Nu har et team af eksperter fra Institute of Cosmos Sciences fra University of Barcelona (ICCUB) for første gang beskrevet oprettelsen af regelmæssige sorte huller fra gravitationseffekter og uden behov for eksistensen af eksotisk stof, der kræves af nogle tidligere modeller .
Denne opdagelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet Fysikbrev båbner nye udsigter til forbedring af vores forståelse af den kvante karakter af tyngdekraften og den sande struktur i rumtid.
Sorte huller uden singulariteter
Udtrykket eksotisk stof henviser til en type stof, der har usædvanlige egenskaber, der ikke findes i almindeligt stof. Det har ofte en negativ energitæthed, skaber frastødende gravitationseffekter og kan krænke visse energiforhold i generel relativitet.
Eksotisk stof er stort set teoretisk og er ikke blevet observeret i naturen, men bruges i modeller til at udforske koncepter som ormhuller, hurtigere end lys og opløsning af sorte huls singulariteter.
Den nye undersøgelse viser matematisk, at en uendelig række af højere orden gravitationskorrektioner kan eliminere disse singulariteter og resultere i såkaldte regelmæssige sorte huller.
I modsætning til tidligere modeller, som krævede eksotisk stof, afslører denne nye undersøgelse, at ren tyngdekraft – uden yderligere stoffelter – kan generere regelmæssige sorte huller uden singulariteter.
Denne opdagelse repræsenterer en betydelig afvigelse fra tidligere teorier og forenkler de betingelser, der er nødvendige for regelmæssige sorte huller.
“Det smukke ved vores konstruktion er, at den kun er baseret på ændringer af Einstein -ligningerne, der er forudsagt naturligt af kvantetyngdekraften. Ingen andre komponenter er nødvendige,” siger forsker Pablo A. Cano fra Department of Quantum Physics and Astrophysics på fakultetet i Fysik og ICCUB.
De teorier, der er implementeret af ICCUB-teamet, gælder for enhver dimension af rumtid, der er større end eller lig med fem. “Årsagen til at overveje højere rumtidsdimensioner er rent teknisk,” siger Cano, “da det giver os mulighed for at reducere problemets matematiske kompleksitet.”
Forskerne siger imidlertid, at “de samme konklusioner skal gælde for vores fire-dimensionelle rumtid.”
“De fleste forskere er enige om, at singulariteterne i generel relativitet i sidste ende skal løses, selvom vi ved meget lidt om, hvordan denne proces kan opnås. Vores arbejde giver den første mekanisme til at opnå dette på en robust måde, omend under visse symmetri -antagelser,” forklarer Robie Hennigar (UB og ICCUB).
“Det er endnu ikke klart, hvordan naturen forhindrer dannelse af singulariteter i universet, men vi håber, at vores model vil hjælpe os med at få en bedre forståelse af denne proces,” siger Hennigar.
Undersøgelse af opdagelser i astrofysiske scenarier
Undersøgelsen udforsker også de termodynamiske egenskaber ved disse regelmæssige sorte huller og afslører, at de overholder den første lov om termodynamik. De udviklede teorier giver en robust ramme for at forstå termodynamikken af sorte huller på en helt universel og entydig måde. Denne konsistens tilføjer troværdighed og potentiel anvendelighed til resultaterne.
Forskerne planlægger at udvide deres arbejde til fire-dimensionelle rumtid og udforske konsekvenserne af deres fund i forskellige astrofysiske scenarier. De sigter også mod at undersøge stabiliteten og mulige observationsunderskrifter af disse regelmæssige sorte huller.
“Disse teorier forudsiger ikke kun singularitetsfri sorte huller, men tillader os også at forstå, hvordan disse genstande dannes, og hvad er skæbnen for stof, der falder i et sort hul. Vi arbejder allerede på disse spørgsmål og forventer at finde virkelig spændende resultater, “Afslutninger Cano.