I en studie publicerad i tidskriften Physical
Review Letters överstiger den maximalt möjliga rekylhastigheten" för
kolliderande svarta hål 63 miljoner mph (102 miljoner km/h) - ungefär en
tiondel av ljusets hastighet. Detta inträffar då två svarta hål kolliderar och
då antingen smälter samman eller sprids
isär när de närmar sig varandra, enligt studieförfattarna.
Nu hoppas forskare med hjälp av Einsteins
relativitetsekvation bevisa att denna hastighet inte kan överskridas
vilket annars skulle innebära potentiella konsekvenser för fysikens
grundläggande lagar. Det innebär att om dessa ekvationer visar sig inte stämma
skulle en ny fysik behövas.
Vi skrapar på ytan av något som kan vara en ny och bättre universell beskrivning av fenomenet, beskriver medförfattaren Carlos Lousto, professor i
matematik och statistik vid Rochester Institute of Technology (RIT) i New York,
till Live Science. Denna eventuella överskridna hastighetsgräns kan vara en del av en större uppsättning fysiska lagar som
påverkar allt "från de minsta till de största föremålen i universum",
beskriver Lousto.
När två svarta hål passerar nära varandra kommer de
antingen att smälta samman eller svänga runt sitt gemensamma masscentrum innan
de dras isär ät varsitt håll (eller in i varandra) i en hastighet av minst den nämnda ovan.
För att identifiera den maximala möjliga rekylhastigheten av svarta hål som flyger isär använde Lousto och studieförfattaren James Healy, forskningsassistent i RIT School of Mathematics and Statistics, superdatorer för att köra numeriska simuleringar. Dessa beräkningar gick igenom ekvationerna för allmän relativitet som beskriver hur två interagerande svarta hål kommer att agera. Lousto förklarade att även om forskare försökte lösa dessa ekvationer numeriskt för mer än 50 år sedan, utvecklades inte numeriska tekniker för att förutsäga storleken på gravitationsvågor från sådana kollisioner förrän 2005 - bara 10 år innan gravitationsvågorna själva upptäcktes för första gången av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Sedan dess har LIGO observerat nästan 100
kollisioner med svarta hål. Tidigare trodde forskare att svarta hål som närmar
sig varandra skulle smälta samman i spiralformad rörelse mot varandra i nästan
cirkulära banor, enligt Lousto. Upptäckten av att det även var elliptiska banor breddade utbudet
av möjliga kollisionshändelser och fick forskarna att leta efter extrema
kollisionsscenarier. Vad vi ville göra är att tänja på gränserna för dessa
kollisioner", beskriver Lousto. Genom att köra 1381 simuleringar - som
var och en tog två till tre veckor - fann forskarna en topphastighet av de möjliga
rekylhastigheterna för svarta hål med motsatta snurr som svepte förbi varandra.
Medan svarta hål avger gravitationsvågor i alla riktningar, förvränger de
motsatta spinnen dessa vågor vilket skapar en dragkraft som ökar
rekylhastigheten.
Rekylen från svarta hål efter att de smälter samman
är en kritisk del av deras interaktion, beskriver Imre Bartos, docent vid
fysikavdelningen vid University of Florida, till
Live Science via e-post.
"Som med alla begränsande teoretiska
kvantiteter kommer det att bli intressant att se om naturen överstiger detta i
någon situation som kan signalera avvikelser från vår förståelse av hur svarta
hål fungerar, enligt Bartos. På grund av detta liknar Lousto denna interaktion
vid en smidig fasövergång, som en andra ordningens fasövergångar av magnetism och
supraledning, i motsats till de explosiva första ordningens fasövergångar av
uppvärmt vatten, till exempel, där en begränsad mängd latent värme absorberas
innan allt kokar. Forskarna skymtade också vad som kan likna de
skalningsfaktorer som är karakteristiska för dessa fasövergångar även om
ytterligare högupplösta simuleringar behövs för att identifiera dessa
definitivt.
Bild pxfuel.com
