Een open vraag onder de natuurkundige gemeenschap is of zwarte gaten getijvervormd kunnen worden door een extern zwaartekrachtveld. Als dit zou worden bevestigd, het kan belangrijke implicaties hebben voor veel gebieden van de natuurkunde, inclusief fundamentele fysica, astrofysica en zwaartekrachtsgolfastronomie.

Onderzoekers van Observatoire de Paris-CNRS en Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas (CBPF) hebben onlangs een studie uitgevoerd naar de getijdenvervormbaarheid van zwarte gaten onder een externe, statisch zwaartekrachtveld. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , suggereert dat onder een dergelijk veld, draaiende zwarte gaten kunnen over het algemeen vervormen.

"Het idee voor dit werk is deels ontstaan ​​uit een aantal gesprekken tijdens de International Conference on General Relativity and Gravitation (GR22) in 2019, "Marc Casal, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Tijdens deze gesprekken de sprekers bespraken de vervormbaarheid van neutronensterren als gevolg van een extern zwaartekrachtgetijdeveld. Ze vermeldden ook dat in tegenstelling tot neutronensterren, de (statische) getijdenvervormbaarheid van niet-roterende zwarte gaten is nul, zoals blijkt uit verschillende onderzoeken. Dit resultaat riep meteen de vraag op of de (statische) getijdenvervormbaarheid van roterende zwarte gaten ook nul is."

De vervormbaarheid van roterende zwarte gaten onder een statisch zwaartekrachtveld was al onderzocht door een team van onderzoekers van de Sapienza Universiteit van Rome. In een in 2015 gepubliceerd artikel deze onderzoekers toonden aan dat wanneer het statische getijdenveld symmetrisch is ten opzichte van de rotatie-as van een zwart gat, de vervormbaarheid van het zwarte gat is nul.

In hun studie hebben Casals en zijn collega Alexandre Le Tiec wilden de vervormbaarheid van roterende zwarte gaten onderzoeken wanneer het getijveld dat erop wordt toegepast willekeurig is (d.w.z. niet noodzakelijk axi-symmetrisch). Dit is een bijzonder belangrijke vraag, aangezien wordt aangenomen dat alle astrofysische zwarte gaten roteren; dus, eventuele externe getijdenvelden zouden doorgaans niet axi-symmetrisch zijn.

"Vorige papieren gaven ons enkele aanwijzingen over welke methoden we moesten gebruiken, Casals legde uit. "Een daarvan was een specifieke wiskundige techniek:de zogenaamde multipolaire index tijdelijk reële getallen laten aannemen, terwijl de fysieke waarden bedoeld zijn als puur gehele getallen (bijv. 2, 3, 4, ...)."

De wiskundige techniek die wordt gebruikt door Casals en Le Tiec kan worden gebruikt om de getijvervorming van een zwart gat te ontwarren van het externe getijdenveld dat het heeft veroorzaakt, om vervolgens de multipolaire index in te stellen op een fysiek geheel getal. Ondanks zijn voordelen, echter, deze techniek is waarschijnlijk moeilijk rechtstreeks toe te passen op vergelijkingen waaraan het zwaartekrachtveld zelf voldoet.

"In plaats daarvan, we hebben het eerst op een andere hoeveelheid toegepast, waarbij derivaten van het zwaartekrachtveld betrokken zijn (het meet in wezen de kromming van de ruimtetijd) en, cruciaal, voldoet aan een eenvoudigere vergelijking die is afgeleid in een eerdere paper van S. Teukolsky, " zei Casals. "Van deze hoeveelheid, we kunnen dan het zwaartekrachtveld verkrijgen."

De meting van een zwaartekrachtveld hangt af van wie de 'waarnemer' is, of, in wiskundige termen, op het coördinatenstelsel. Daarom, als laatste stap, Casals en Le Tiec bouwden grootheden die onafhankelijk zijn van de waarnemer (of coördinaten), zodat ze de getijdenvervormbaarheid van roterende zwarte gaten konden identificeren op een manier die echt zinvol was.

"Deze waarnemeronafhankelijke grootheden zijn de zogenaamde Geroch-Hansen multipoolmomenten, genoemd naar de auteurs die met hen op de proppen kwamen (namelijk, R.P. Geroch in 1970 en R.O. Hansen in 1974), ' zei Casal.

Algemeen, de berekeningen van dit team van onderzoekers laten zien dat roterende zwarte gaten in het algemeen vervormen onder een extern en statisch zwaartekrachtveld. Dit resultaat staat in schril contrast met eerdere onderzoeksresultaten met betrekking tot niet-roterende zwarte gaten of roterende zwarte gaten met een axi-symmetrisch getijdenveld.

"We hebben deze vervorming expliciet berekend voor het geval van een zwak getijdenveld met een multipolaire index gelijk aan 2 en voor rotatie van kleine zwarte gaten, "Zei Casals. "Bovendien, we hebben deze getijvervorming gekoppeld aan het eerder bekende effect van getijtorquing; een verandering in het impulsmoment van het zwarte gat als gevolg van het getijdenveld."

De bevindingen van Casals en Le Tiec kunnen de weg vrijmaken voor meer studies naar de vervormbaarheid van draaiende zwarte gaten onder een statisch getijdenveld. In hun krant de onderzoekers speculeren ook over de mogelijkheid dat een dergelijke getijvervorming kan worden waargenomen binnen de zwaartekrachtsgolven die naar verwachting zullen worden gedetecteerd door de Laser Interferometer Space Antenna (LISA) -missie, die gepland staat voor 2034.

"Ons onderzoek kan natuurlijk in een aantal richtingen worden uitgebreid, " Alexandre Le Tiec vertelde Phys.org. "We zouden kunnen, bijvoorbeeld, onderzoek de getijdenvervormbaarheid van draaiende zwarte gaten:(i) voor multipolaire index hoger dan 2; (ii) voor rotatie van grote zwarte gaten; of (iii) voor een sterk getijdenveld. Het zou ook interessant zijn om het precieze verband te onderzoeken tussen getijdenvervormbaarheid, getijdenverwarming en de niet-nulviscositeit van de waarnemingshorizon van zwarte gaten binnen het zogenaamde membraanparadigma."

© 2021 Science X Network