باز هم اینشتین درست گفت

به گزارش پایگاه خبری “ججین” به نقل از ایسنا، یک گروه بین‌المللی از دانشمندان سرانجام ثابت کردند که سیاه‌چاله‌های کِر(Kerr) که به آرامی می‌چرخند، پایدار هستند.

“روی کِر”(Roy Kerr) که یک ریاضیدان بود در سال ۱۹۶۳، راه حلی برای معادلات اینشتین پیدا کرد که به طور دقیق فضا-زمان را در اطراف چیزی که امروزه به عنوان سیاه‌چاله چرخان شناخته می‌شود، توصیف می‌کند.

چندین دهه است که دانشمندان تلاش می‌کنند ثابت کنند که این نوع سیاه‌چاله‌ها پایدار هستند. آنها در نهایت راه حلی ابداع کرده‌اند که پایداری انواع سیاه‌چاله‌های کِر که به آرامی می‌چرخند را ثابت می‌کند. برای انجام این کار، آنها سال‌ها کار مرتبط با مدل‌های کِر را مدل‌سازی کردند.

سیاه‌چاله‌های چرخان پایدار

سیاه‌چاله ناحیه‌ای در فضا-زمان با گرانشی بسیار نیرومند است که هیچ چیز حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مانند نور نمی‌توانند از میدان گرانش قدرتمند آن بگریزند. نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین بیان می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاه‌چاله شود. مرز این ناحیه از فضا-زمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را “افق رویداد” می‌نامند.

صفت “سیاه” در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که همه‌ی نوری را که از افق رویداد آن می‌گذرد به دام می‌اندازد. از این دیدگاه، سیاه‌چاله رفتاری شبیه به جسم سیاه در ترمودینامیک دارد. از سوی دیگر نیز نظریه میدان‌های کوانتومی در فضا-زمان خمیده پیش‌بینی می‌کند که افق‌های رویداد نیز تابشی به نام “تابش هاوکینگ” گسیل می‌کنند که طیف آن همانند طیف جسم سیاهی است که دمای آن با جرمش نسبت وارونه دارد.

میزان دما در سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای در حد چند میلیاردم کلوین است و از این رو ردیابی آن دشوار است. سیاه‌چاله به دلیل اینکه نوری از آن خارج نمی‌گردد، نامرئی است، اما می‌تواند بودن خود را از راه کنش و واکنش با ماده پیرامون خود نشان دهد. اخترشناسان از راه بررسی برهمکنش میان ستاره دوگانه با همدم نامرئی‌شان، نامزدهای احتمالی بسیاری برای سیاه چاله بودن در این منظومه‌ها شناسایی کرده‌اند.

این باور جمعی در میان دانشمندان رو به گسترش است که در مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاه‌چاله کلان‌جرم وجود دارد. برای نمونه، در مرکز کهکشان راه شیری ما نیز یک سیاه‌چاله کلان‌جرم یا ابرسیاه‌چاله با جرمی بیش از چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد.

اما سیاه‌چاله کِر یا سیاه‌چاله چرخان نوعی سیاه‌چاله است که دارای تکانه زاویه‌ای است.

اگر یک سیاه‌چاله پایدار باشد، در نهایت، حتی پس از دریافت تکان شدید امواج گرانشی به توصیف ریاضی کِر باز می‌گردد. اگر این سیاه‌چاله‌ها ناپایدار بودند، به این معنی بود که نظریه گرانش اینشتین باید در سطحی اساسی اصلاح شود و جامعه علمی باید آنچه را که در مورد غول‌های کیهانی می‌داند، دوباره ارزیابی کند.

دانشمندان این مطالعه جدید بررسی کردند که آیا برخورد امواج گرانشی به یک سیاه‌چاله می‌تواند موجب ایجاد اختلال کافی برای تغییر یا حتی نابودی دائمی سیاه‌چاله شود یا خیر. برای مقایسه فرض کنید که یک لیوان آب شروع به ارتعاش می‌کند و اگر با امواج صوتی کافی مواجه شود که کاملاً با فرکانس تشدید آن مطابقت داشته باشد، می‌تواند خرد شود.

آنها چندین پیامد را مانند عبور موج گرانشی از افق رویداد سیاه‌چاله کِر برای ورود به داخل آن در نظر گرفتند. این می‌تواند جرم و چرخش سیاه‌چاله را تغییر دهد.

محققان فرض کردند که امواج گرانشی همچنین می‌توانند با آنچنان انرژی زیادی دور سیاه‌چاله جمع شوند و بچرخند که تکینگی کاملاً جدیدی را ایجاد کنند که نشانه‌ای مطمئن از بی‌ثباتی است.

این گروه تحقیقاتی از سه دانشمند ریاضیدان به نام‌های “ژرمی شفتل” از دانشگاه سوربن، “النا گیورگی” از دانشگاه کلمبیا و “سرجیو کلاینرمن” از دانشگاه پرینستون تشکیل شده است. آنها بر روی مطالعات دیگران در این حوزه کار کردند تا در نهایت ثابت کنند سیاه‌چاله‌های کِر، پایدار هستند.

“کلاینرمن” می‌گوید: چهار تلاش جدی صورت گرفته است و ما خوش‌شانس بودیم. این یک پیروزی برای کل تحقیقات در این زمینه است.

این سه ریاضیدان، پایداری سیاه‌چاله‌هایی که به آرامی می‌چرخند را ثابت کردند، چیزی که هنوز برای سیاه‌چاله‌هایی که به سرعت می‌چرخند، ثابت نشده است.

البته این مطالعه هنوز مورد بررسی همتا قرار نگرفته است، اگرچه کارهای مرتبط قبلی این دانشمندان برای انتشار تأیید شده است.

“دمتریوس کریستودولو” ریاضیدان مؤسسه فناوری فدرال سوئیس زوریخ می‌گوید که این نتیجه‌گیری جدید، یک نقطه عطف در توسعه ریاضی حول نظریه نسبیت عام است و ما با آن اکنون درک بیشتری از سیاه‌چاله‌های عظیم در مرکز بسیاری از کهکشان‌های جهان داریم.