Hur kan gravitationsvågor verka i ett svart hål?

 

Fritt citerat från vikipedia "Ett svart hål är, enligt den allmänna relativitetsteorin en koncentration av massa med ett så starkt gravitationsfält att ingenting, inte ens ljus, kan övervinna massans gravitation. Materia eller ljus som kommer innanför det svarta hålets händelsehorisont förblir där och kan aldrig komma ut igen förutom eventuellt oerhört långsamt i form av Hawkingstrålning. Man kan inte heller få en reflektion eller spegelbild genom att belysa det med en ljuskälla och inte få någon information om materian som försvinner in i hålet" slut citat.

Ännu förstår vi inte hur kvantteorin fungerar då vi diskuterar gravitation. Det finns  flera teorier att arbeta utefter. Strängteorin som förutsäger att alla partiklar i universum består av extremt små vibrerande strängar är en. Det finns också loopkvantgravitation, som säger att rymdtiden i sig är gjord av små, odelbara bitar som kan liknas vid pixlar på en datorskärm. Båda dessa tillvägagångssätt kan ersätta den traditionella singulariteten i centrum av ett svart hål med något annat. Men när du ersätter singulariteten eliminerar du vanligtvis också händelsehorisonten. 

Det beror på att händelsehorisonten orsakas av singularitetens oändliga gravitationskraft. Utan singulariteten är gravitationskraften endast otroligt stark men inte oändlig och det innebär att du alltid kan  fly från närområdet av ett svart hål så länge du flyr med tillräcklig hastighet. Med teorin om singulariteten rätt begrepp är gravitationell singularitet är detta omöjligt.

I vissa varianter av strängteorin ersätts singularitets- och händelsehorisonterna av sammanflätade nätverk av trassliga knutar i rumtiden. I loopkvantgravitation blir singulariteten en extremt liten, extremt tät hop av exotisk materia. I andra modeller ersätts det svarta hålet av ett tunt skal av materia, eller av klumpar av ökända typer av spekulativa partiklar.

De närmaste kända svarta hålen finns tusentals ljusår bort och därmed är det svårt att testa modellerna ovan. När svarta hål sammanfogas vilket ibland sker   avger detta gravitationsvågor som krusningar i rumtiden: Dessa kan detekteras med känsliga instrument på jorden som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och VIRGO.

Hittills överensstämmer alla observationer av sammanslagning av svarta hål med den  allmänna relativitetsteorin. Men det kan förändras i framtiden när nya gravitationsvågsobservatorier kommer i arbete enligt beskrivningen i en artikel publicerad 30 november i preprint-tidskriften arXiv.

Nyckeln är inte gravitationsvågorna som avges under själva sammanslagningen, utan de som släpps ut direkt efteråt enligt artikeln i tidningen. När sammanslagningen är klar och de två svarta hålen blir ett vibrerar den  sammanslagna massan med en intensiv mängd energi och har en distinkt gravitationsvågsignatur.

Genom att studera dessa signaturer kanske forskare en dag kan förstå vilken teori om svarta hål som håller och vilka som inte gör det. Varje modell av svarta hål förutsäger skillnader i gravitationsvågor som avges efter nedslaget och som härrör från skillnader i det svarta hålets inre struktur. Med olika svarta hålstrukturer sker olika typer av gravitationsvågor.

Astronomer hoppas att nästa generation av gravitationsvågsdetektorer kommer att vara tillräckligt känsliga för att upptäcka dessa små förändringar i gravitationssignatur så vi kan förstå vilken teori som är den riktiga..

Bild vikipedia av en simulering av ett svart hål med stora Magellanska molnet som bakgrund. Gravitationslinsverkan orsakar två förstorade och starkt förvrängda bilder av molnet. I den övre delen bilden ses Vintergatan förvrängd till en båge.