Black Holesin sisäiset salaisuudet paljastettu - matematiikan avulla

Supermassiivinen mustan aukon simulaatio

Tietokonesimulaatio näyttää supermassiivisen mustan aukon galaksin sydämessä. Musta keskusalue edustaa tapahtumahorisonttia, josta valo ei pääse pakoon. (Kuva: NASA, ESA ja D.Coe, J.Anderson ja R. van der Marel (STScI))



Mustat aukot uskovat henkilökohtaiseen yksityisyyteen: he eivät päästä miltei mitään itsestään tietoa pakoon avaruuteen. Silmien etsimisen sijaan tutkijat ovat kuitenkin löytäneet tavan katsoa mustan aukon sisään matematiikan avulla.

`` Nämä mustat aukot ovat niin matemaattisia, että niissä ei ole muuta kuin matematiikkaa '', Johns Hopkinsin yliopiston tähtitieteilijä Richard Henry kertoi demokratija.euille.

Henry esitteli uuden tavan katsoa mustien aukkojen sisään viime kuussa Amerikan tähtitieteellisen seuran 228. kokouksessa San Diegossa. [Ei paeta: Sukella mustaan ​​reikään (infografia)]

'Toinen maailma'



Kun massiivinen tähti saavuttaa elinkaarensa, se voi romahtaa mustaan ​​aukkoon. Vaikka supermassiiviset mustat aukot sijaitsevat galaksien keskellä, jopa pienemmät mustat aukot mahtuvat useiden miljoonien aurinkokuntien massaan alueella, joka on enintään protoni, Henry sanoi. Niiden valtava massa, joka on pakattu pienelle alueelle, ei päästä mitään pakoon, ei edes valoa. Tutkijat voivat havaita vain ulkoreunat, joita kutsutaan tapahtumahorisontiksi ja joissa materiaali on vuorovaikutuksessa mustan aukon kanssa. Tämän seurauksena he voivat määrittää vain kolme ominaisuutta mustista aukoista: niiden massan, pyörimisen ja varauksen.

Uskomaton massa mustia aukkoja voi vääntää tilan ja ajan kankaan välittömästi ympärilleen. Keskittymällä yksinomaan matematiikkaan, joka kuvaa aika-aikaa mustien aukkojen ympärillä, Henry ja kollegat Kielan Wilcomb ja James Overduin, molemmat Marylandin Towsonin yliopistosta, löysivät uuden tavan kuvata niitä, mikä merkitsee monimutkaisempaa rakennetta kuin aiemmat mittaukset ehdottivat.

Pictor A-galaksin keskellä sijaitsevasta supermassiivisesta mustasta aukosta räjäyttävä jättiläinen suihkukone ulottuu yli 300 000 valovuoden ajan. On myös todisteita uudesta suihkukoneesta vastakkaiseen suuntaan.



Pictor A-galaksin keskellä sijaitsevasta supermassiivisesta mustasta aukosta räjäyttävä jättiläinen suihkukone ulottuu yli 300 000 valovuoden ajan. On myös todisteita uudesta suihkukoneesta vastakkaiseen suuntaan.(Kuvaluotto: Röntgenkuva: NASA/CXC/Univ of Hertfordshire/M.Hardcastle et ai., Radio: CSIRO/ATNF/ATCA)

Perinteiset matemaattiset kuvaukset mustista aukoista viittaavat siihen, että tilan kaarevuus tapahtumahorisontissa on vakio ja positiivinen, kuten pallo, ja siten tutkijat käyttäisivät avaruuden kuvaamiseen pallomaista koordinaatistoa (esimerkiksi pituus- ja leveysasteita). Lisäksi tietyntyyppiselle kaarevalle tilalle tehty koordinaattijärjestelmä ei aina toimi erityyppisessä kaarevassa tilassa. Mutta tutkimuksensa aikana tiimi toi esiin esimerkin katsomasta maapallon karttaa, joka on muutettu pallosta tasaiselle pinnalle. Näissä ns Mercator -projektiokartat Grönlanti näyttää suuremmalta kuin Yhdysvaltojen mannerosa, vaikka todellisuudessa sen massa on vain neljäsosa. Samoin tutkija sanoo, että koordinaatiston, joka mittaa mustan aukon lähellä ja sen sisällä olevia paikkoja, on muututtava mitattavan alueen mukaan.

Tässä mielessä tiimi päätti keskittyä invarianteina tunnettuihin matemaattisiin määriin. Invariantit säilyttävät samat arvot riippumatta siitä, mitä koordinaatistoa käytetään niiden kuvaamiseen. Esimerkiksi mustaan ​​aukkoon suuntautuvan avaruusaluksen pituuteen liittyvä luku voi muuttua aluksen liikkuessa eri koordinaattijärjestelmien läpi, mutta sen invariantit pysyvät vakioina.



Suurin osa 17: stä invariantista, jotka liittyvät erityyppisiin mustiin aukkoihin, voitaisiin yhdistää matemaattisesti. Tiimin mukaan vain viisi on todella riippumattomia, mikä tarkoittaa, että heidän arvonsa eivät ole sidoksissa muiden invarianttien arvoihin - ja tutkijat voivat kartoittaa nämä viisi rakentaakseen simulaatioita siitä, mitä tapahtuu mustien aukkojen sisällä.

Tiimi kuvasi ja piirsi nämä viisi määrää, jotkut ensimmäistä kertaa, ja paljasti mustien aukkojen monimutkaisen sisäisen maailman. Heidän yhtälönsä vahvistivat, että yhden pyörivän mustan aukon sisältämien määrien villit vaihtelut sisältävät alueita, joilla aika-aika Negatiivinen kaarevuus muistuttaa enemmän satulaa, ja niihin liittyy gravitomagneettikentiksi kutsuttu ominaisuus, joka on vastuussa galaksien keskellä olevista supermassiivisista mustista aukoista tulevien valtavien suuttimien tuottamisesta.

Tulevat kartat, jotka on rakennettu käyttämällä tutkijoiden uutta ymmärrystä mustien aukkojen kaarevuudesta, voivat auttaa tutkijoita ymmärtämään, miksi joillakin galakseilla on suihkukoneita ja toisilla, kuten Linnunrata , älä, Henry kertoi demokratija.euille.

'Mustat aukot ovat toinen maailma', Henry sanoi. 'Jos menet sinne, et tule takaisin.'

Tutkimus on saatavilla verkossa osoitteessa arXiv .

Seuraa Nola Taylor Reddiä Twitterissä @NolaTRedd tai Google+ . Seuraa meitä osoitteessa @Spacedotcom , Facebook tai Google+ . Alunperin julkaistu demokratija.eu .