Obecná teorie relativity je hluboce složitá matematická teorie, ale její popis černých děr je úžasně jednoduchý. Stabilní černá díra může být popsána pouze třemi vlastnostmi: její hmotnost, její elektrický náboj a její rotace nebo rotace. Vzhledem k tomu, že černé díry pravděpodobně nebudou mít velký náboj, ve skutečnosti to vyžaduje pouze dvě vlastnosti. Pokud znáte hmotnost a rotaci černé díry, víte vše, co se o černé díře dá vědět.
Tato vlastnost je často shrnuta pomocí teorém bez vlasů. Konkrétně teorém tvrdí, že jakmile hmota spadne do černé díry, jedinou charakteristikou, která zůstane, je hmotnost. Mohli byste vytvořit černou díru z vodíku, židlí nebo těch starých kopií Sluncenárodní geografiez babiččina podkroví a nebyl by v tom žádný rozdíl. Hmotnost je hmotnost, pokud jde o obecnou relativitu. V každém případě je horizont událostí černé díry dokonale hladký, bez dalších funkcí. Jak řekl Jacob Bekenstein, černé díry nemají vlasy.
Konflikt mezi teorií relativity a kvantovou teorií vede k paradoxu firewallu. Kredit: Jeremy Perkins / Unsplash
Obecná teorie relativity má ale se vší svou prediktivní schopností problém s kvantovou teorií. To platí zejména pro černé díry. Pokud je teorém bez vlasu správný, informace uložené v objektu jsou zničeny, když překročí horizont událostí. Kvantová teorie říká, že informace nelze nikdy zničit. Takže platná teorie gravitace je v rozporu s platnou teorií kvant. To vede k problémům, jako je firewall paradox, který nemůže rozhodnout, zda má být horizont událostí horký nebo studený.
K vyřešení tohoto rozporu bylo navrženo několik teorií, které často zahrnují rozšíření relativity. Ale rozdíl mezi standardní relativitou a těmito modifikovanými teoriemi lze vidět pouze v extrémních situacích, takže je obtížné je pozorovat. Ale je tam nový papírFyzické kontrolní dopisyukazuje, jak by mohly být studovány prostřednictvím rotace černé díry.
Teplota v místnosti je příkladem skalárního pole. Kredit: Lucas Vieira
Mnoho modifikovaných teorií relativity má zvláštní parametr, který ve standardní teorii nevidíme. Známé jako bezhmotné skalární pole umožňuje Einsteinovu modelu spojit se s kvantovou teorií způsobem, který není v rozporu. V této nové práci se tým podíval na to, jak takové skalární pole souvisí s rotací černé díry. Zjistili, že při nízkých spinech je upravená černá díra k nerozeznání od standardního modelu, ale při vysokých rotacích skalární pole umožňuje, aby černá díra měla zvláštní vlastnosti. Jinými slovy, v těchto alternativních modelech mohou mít rychle rotující černé díry vlasy.
Chlupaté aspekty rotujících černých děr by byly vidět pouze v blízkosti samotného horizontu událostí, ale ovlivnily by také slučování černých děr. Jak autoři zdůrazňují, budoucí observatoře gravitačních vln by měly být schopny používat rychle rotující černé díry k určení, zda je platná alternativa k obecné teorii relativity.
Einsteinova teorie obecné relativity zatím prošla všemi pozorovacími výzvami, ale pravděpodobně se rozpadne v nejextrémnějších prostředích vesmíru. Studie, jako je tato, ukazují, jak bychom mohli být schopni objevit teorii, která přijde příště.
Odkaz:Alexandru Dima a kol. “ Spontánní skalarizace černé díry vyvolaná rotací .'Fyzické kontrolní dopisy125,23 (2020): 231101.