Zwarte gaten zijn astronomische objecten met een extreem sterke zwaartekracht waaruit zelfs licht niet kan ontsnappen. Hoewel het idee van lichamen die licht zouden vangen al bestaat sinds de 18e eeuw, vond de eerste directe waarneming van zwarte gaten plaats in 2015.

Sindsdien hebben natuurkundigen talloze theoretische en experimentele studies uitgevoerd om deze fascinerende kosmologische objecten beter te begrijpen. Dit had geleid tot veel ontdekkingen en theorieën over de unieke kenmerken, eigenschappen en dynamiek van zwarte gaten.

Onderzoekers van de Ludwig-Maximilians-Universität en het Max-Planck-Institut für Physik hebben onlangs een theoretische studie uitgevoerd naar het mogelijke bestaan ​​van vortices in zwarte gaten. Hun paper, gepubliceerd in Physical Review Letters , laat zien dat zwarte gaten theoretisch in staat zouden moeten zijn om vortexstructuren toe te laten.

"Onlangs is een nieuw kwantumraamwerk voor zwarte gaten geïntroduceerd, namelijk in termen van Bose-Einstein-condensaten van gravitonen (de quanta van de zwaartekracht zelf),", vertelde Florian Kühnel, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys. org. "Tot de publicatie van ons artikel zijn roterende zwarte gaten niet grondig bestudeerd binnen dit kader. Ze bestaan ​​echter niet alleen, maar zijn eerder regel dan uitzondering."

Kühnel en zijn collega's Gia Dvali en Michael Zantedeschi voerden verschillende berekeningen uit op basis van bestaande natuurkundige theorieën, met name het recent ontwikkelde kwantummodel van zwarte gaten op basis van Bose-Einstein gravitoncondensaten. Het belangrijkste doel van hun studie was om roterende zwarte gaten op kwantumniveau te onderzoeken, om te bepalen of ze daadwerkelijk vortexstructuren zouden toelaten.

"Sinds roterende Bose-Einstein-condensaten zijn onderworpen aan intensieve studies in laboratoria, is het bekend dat ze een vortexstructuur toelaten als ze voldoende snel roteren", zei Kühnel. "We zagen dit als een uitnodiging om ook naar die structuren te zoeken in modellen voor roterende zwarte gaten - en hebben ze inderdaad gevonden."

Kühnel en zijn collega's toonden aan dat een zwart gat met extreme spin kan worden beschreven als een gravitoncondensaat met vorticiteit. Dit komt overeen met eerdere studies die suggereren dat extreme zwarte gaten stabiel zijn tegen de zogenaamde Hawking-verdamping (d.w.z. een zwartlichaamstraling waarvan wordt aangenomen dat deze wordt vrijgegeven buiten het buitenste oppervlak van een zwart gat, of de waarnemingshorizon).

Bovendien toonden de onderzoekers aan dat in de aanwezigheid van mobiele ladingen, de algehele vortex van het zwarte gat een magnetische flux van het meetveld opvangt, wat zou leiden tot kenmerkende emissies die experimenteel konden worden waargenomen. De theoretische voorspellingen van het team zouden dus nieuwe mogelijkheden kunnen openen voor de waarneming van nieuwe soorten materie, waaronder milli-geladen donkere materie.

"Vorticiteit is een geheel nieuw kenmerk van zwarte gaten, die op het klassieke niveau (d.w.z. als je je ogen sluit op hun kwantumstructuur) volledig worden gekenmerkt door drie entiteiten:massa, spin en lading," zei Kühnel. "Dit is wat we tot nu toe uit leerboeken hebben geleerd. We hebben laten zien dat we vorticiteit moeten toevoegen."

Het door het team getheoretiseerde bestaan ​​van wervels in zwarte gaten biedt een mogelijke verklaring voor het ontbreken van Hawking-straling voor maximaal roterende zwarte gaten. In de toekomst zou deze theorie dus de weg kunnen banen voor nieuwe experimentele waarnemingen en theoretische conclusies.

Zo zouden vortexstructuren van zwarte gaten de extreem sterke magnetische velden kunnen verklaren die uit actieve galactische kernen in ons universum komen. Bovendien kunnen ze mogelijk aan de basis liggen van bijna alle bekende galactische magnetische velden.

"We hebben onlangs het veld van vorticiteit van zwarte gaten vastgesteld", voegde Kühnel eraan toe. "Er is een schat aan belangrijke en opwindende vragen om aan te pakken, ook met betrekking tot de bovengenoemde toepassingen. Bovendien kunnen toekomstige waarnemingen van zwaartekrachtgolven van samensmeltende zwarte gaten, die elk een vortex (van meerdere) bevatten, de deur openen naar deze nieuwe en opwindende kwantumaspecten van ruimte-tijd." + Verder verkennen

Zwarte gaten krijgen nieuwe krachten als ze snel genoeg ronddraaien

© 2022 Science X Network