شکافتن یک سیاه‌چاله غیرممکن نیست!

یک فروپاشی کیهانی می‌تواند سیاه‌چاله‌های کوچکی را به جا بگذارد و محققان فکر می‌کنند تلسکوپ‌های پرتو گاما ممکن است راهی برای جستجوی ردپای آنها ارائه دهند. به گزارش ایسنا، سیاه‌چاله‌ها به برخورد و ادغام به سیاه‌چاله‌های بزرگتر مشهور هستند. با این حال، آیا یک سیاه‌چاله می‌تواند خود را از هم بپاشد و به دو سیاه‌چاله تبدیل شود؟ یک مطالعه نظری جدید که به بررسی پاسخ این سوال می‌پردازد، نشان می‌دهد که یک سیاه‌چاله که تقریباً با سرعتی که فیزیک اجازه می‌دهد می‌چرخد، ممکن است بتواند شکافته شود، اگرچه قوانین حاکم بر سیاه‌چاله‌ها چنین شکافی را بسیار دشوار می‌کند. این یافته‌ها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا محدودیت‌های نظریه نسبیت عام اینشتین را درک کنند و بررسی کنند که آیا سیاه‌چاله‌ها می‌توانند به گونه‌ای رفتار کنند که درک فعلی ما از جهان را به چالش بکشد یا خیر. نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: تجزیه و تحلیل ما، چشم‌انداز نظری را که سیاه‌چاله‌ها ممکن است در آن تکه‌تکه شوند، روشن می‌کند که به ویژه برای سیاه‌چاله‌های اولیه و رویدادهای فاجعه‌بار مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها مرتبط است. چرا سیاه‌چاله‌ها در برابر شکافت مقاومت می‌کنند؟ یکی از موانع اصلی، آنتروپی است؛ معیاری از اینکه یک سیستم می‌تواند چند آرایش میکروسکوپی داشته باشد، در حالی که از بیرون یکسان به نظر می‌رسد. برای یک سیاه‌چاله غیرچرخان، آنتروپی با مربع جرم آن افزایش می‌یابد. بنابراین، تقسیم یک سیاه‌چاله به دو سیاه‌چاله کوچکتر با جرم ترکیبی یکسان، آنتروپی کل آنها را کاهش می‌دهد و این فرآیند را از نظر ترمودینامیکی نامطلوب می‌کند. محققان بررسی کردند که آیا شرایط خاصی می‌تواند بر این مانع غلبه کند یا خیر. فرانچسکو سانینو(Francesco Sannino)، نویسنده همکار مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه ناپل فدریکوی دوم گفت: ما در مطالعه خود بررسی می‌کنیم که کدام قوانین فیزیکی معمولاً مانع از شکافت یک سیاه‌چاله به دو سیاه‌چاله می‌شوند. ما همچنین بررسی می‌کنیم که آیا شرایط خاصی ممکن است اجازه شکافت را بدهد یا خیر. چرخش شدید، یک روزنه باریک باز می‌کند محققان دریافتند که سیاه‌چاله‌های چرخان سریع می‌توانند راهی برای عبور از مانع آنتروپی فراهم کنند. چرخش، رابطه بین جرم، تکانه زاویه‌ای و آنتروپی یک سیاه‌چاله را تغییر می‌دهد و به طور بالقوه تکه‌تکه شدن را نسبت به یک سیاه‌چاله غیرچرخان مطلوب‌تر می‌کند. محققان می‌توانند این ویژگی را از طریق روش‌هایی مانند اندازه‌گیری چرخش سیاه‌چاله بررسی کنند. با این حال، برآورده کردن شرط آنتروپی کافی نیست. دو سیاه‌چاله حاصل باید انرژی و تکانه کافی نیز داشته باشند تا به جای اینکه دوباره به هم نزدیک شوند، از هم دور شوند. وقتی محققان این الزام را در نظر گرفتند، پنجره‌ شکافت به طور قابل توجهی باریک شد و به طور بالقوه فقط برای سیاه‌چاله‌هایی که نزدیک به حداکثر سرعت ممکن خود می‌چرخند، باز می‌ماند. اگر شکافت رخ دهد، افق سیاه‌چاله، یعنی مرزی که نور نمی‌تواند از آن فرار کند، به دو افق جداگانه تقسیم می‌شود. با ردیابی در طول زمان، این هندسه‌ در حال تغییر شبیه به یک شلوار خواهد بود که یک بخش آن به دو پا منشعب می‌شود. این منشأ اصطلاح غیرمعمول این مطالعه موسوم به «توپولوژی‌های شلوار» است. آیا فیزیک ناآشنا می‌تواند نتیجه را تغییر دهد؟ محققان همچنین سناریوهای عجیب و غریب‌تری را بررسی کردند که شامل ابعاد فضایی اضافی و نظریه‌هایی است که فراتر از نسبیت عام اینشتین هستند. در گرانش با ابعاد بالاتر، برخی از اشیاء سیاه‌چاله‌مانند مانند ریسمان‌های سیاه می‌توانند ناپایدار و تکه‌تکه شوند. در برخی شرایط، شکافت می‌تواند از نظر ترمودینامیکی مطلوب شود، به‌ویژه هنگامی که یک تکه حاصل بسیار کوچکتر از دیگری باشد. با این حال، تعادل آنتروپی مطلوب ثابت نمی‌کند که تکه‌تکه شدن واقعاً اتفاق خواهد افتاد. محاسبات، شرایط ممکن را شناسایی می‌کنند، نه یک مکانیسم تأیید شده برای شکافت سیاه‌چاله‌های معمولی. سانینو گفت: ما هنوز نمی‌توانیم حتی یک احتمال برای شکافت یک سیاه‌چاله ارائه دهیم. این بستگی به نحوه رفتار گرانش فراتر از نظریه اینشتین دارد و ما در حال تلاش برای تعیین کمیت این احتمال هستیم. وی افزود: ما انتظار داریم سیاه‌چاله‌های اولیه کوچک بیشتر از سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی بسیار بزرگتر مستعد شکافت باشند. ما ممکن است یک شکافت را به طور غیرمستقیم تشخیص دهیم. تلسکوپ‌های پرتو گاما مانند Fermi-LAT می‌توانند سیگنال‌هایی از قطعات کوچک سیاه‌چاله را که ممکن است در طول ادغام تشکیل شوند، جستجو کنند. گام بعدی تعیین کمیت احتمال تکه‌تکه شدن تحت مدل‌های مختلف گرانش است. اگر سیاه‌چاله‌های اولیه کوچک بتوانند شکافت کنند، نشانه‌های بالقوه آنها ممکن است راهی غیرمستقیم برای بررسی این فرآیند ارائه دهد. در حال حاضر، این کار تحقیقاتی یک احتمال نظری را در شرایط محدودکننده ایجاد می‌کند، نه مدرکی مبنی بر اینکه هیچ سیاه‌چاله‌ای تا به حال به دو قسمت تقسیم شده است. این مطالعه در مجله Physical Review D منتشر شده است.