Sorte hullers indre hemmeligheder afsløret - med matematik

Supermassiv sort hulsimulering

En computersimulering viser et supermassivt sort hul i hjertet af en galakse. Den sorte centrale region repræsenterer begivenhedshorisonten, hvor intet lys kan undslippe. (Billedkredit: NASA, ESA og D. Coe, J. Anderson og R. van der Marel (STScI))



Sorte huller er de ultimative troende på det personlige privatliv: de lader næsten ingen oplysninger om sig selv slippe ud i rummet. I stedet for at søge med deres øjne har forskere imidlertid fundet en måde at kigge inde i det sorte hul ved hjælp af matematik.



'Disse sorte huller er så matematiske, der er ikke noget mere ved dem end matematik,' sagde Richard Henry, en astronom ved Johns Hopkins University, til demokratija.eu.

Henry præsenterede en ny måde at se ind i sorte huller i sidste måned på det 228. møde i American Astronomical Society i San Diego. [No Escape: Dive Into a Black Hole (Infographic)]

'En anden verden'



Når en massiv stjerne når slutningen af ​​sin levetid, kan den falde sammen i et sort hul. Mens supermassive sorte huller ligger i midten af ​​galakser, kan selv mindre sorte huller passe til massen af ​​flere millioner soler inde i et område, der ikke er større end en proton, sagde Henry. Deres enorme masse, pakket inde i et lille område, vil ikke lade noget slippe væk, ikke engang lys. Forskere kan kun observere de ydre kanter, kendt som hændelseshorisonten, hvor materiale interagerer med det sorte hul. Som et resultat kan de kun bestemme tre egenskaber ved sorte huller: deres masse, deres spin og deres ladning.

Den utrolige masse sorte huller kan forvrænge rummet og tiden umiddelbart omkring dem. Ved udelukkende at fokusere på matematikken, der beskriver rumtid omkring sorte huller, fandt Henry og kolleger Kielan Wilcomb og James Overduin, begge fra Towson University i Maryland, en ny måde at beskrive dem på, hvilket indebærer en mere kompliceret struktur end tidligere målinger foreslog.

En kæmpe jet sprænger fra det supermassive sorte hul i midten af ​​galaksen Pictor A strækker sig i over 300.000 lysår. Der er også beviser for endnu et jetskud i den modsatte retning.



En kæmpe jet sprænger fra det supermassive sorte hul i midten af ​​galaksen Pictor A strækker sig i over 300.000 lysår. Der er også beviser for endnu et jetskud i den modsatte retning.(Billedkredit: røntgen: NASA/CXC/Univ of Hertfordshire/M.Hardcastle et al., Radio: CSIRO/ATNF/ATCA)

Traditionelle matematiske beskrivelser af sorte huller tyder på, at rumets krumning ved begivenhedshorisonten er konstant og positiv, ligesom en kugle, og derfor ville forskere bruge et sfærisk koordinatsystem (f.eks. Længdegrad og breddegrad) til at beskrive rummet. Desuden fungerer et koordinatsystem til en bestemt type buet rum ikke altid i en anden type buet rum. Men i deres forskning bragte teamet eksemplet med at se på et kort over jorden, der er blevet ændret fra en kugle til en flad overflade. I disse såkaldte Mercator projektionskort , Grønland ser større ud end det kontinentale USA, selvom det i virkeligheden kun har en fjerdedel af landmassen. På samme måde siger forskeren, at koordinatsystemet, der måler placeringer nær det sorte hul og inden i det, skal ændre sig afhængigt af den region, der måles.

Med det for øje besluttede teamet at fokusere på matematiske størrelser kendt som invarianter. Invarianter beholder de samme værdier, uanset hvilket koordinatsystem der bruges til at beskrive dem. Så for eksempel kan tallet relateret til længden af ​​et rumskib på vej ind i det sorte hul ændre sig, når skibet bevæger sig gennem forskellige koordinatsystemer, men dets invarianter vil forblive konstante.



De fleste af de 17 invarianter relateret til de forskellige typer sorte huller kunne forbindes matematisk. Ifølge teamet er kun fem virkelig uafhængige, hvilket betyder, at deres værdier ikke er bundet til værdierne fra andre invarianter - og forskere kan kortlægge disse fem for at konstruere simuleringer af, hvad der sker inde i sorte huller.

Holdet beskrev og afbildede disse fem mængder, nogle for første gang nogensinde, og afslørede de sorte hullers komplekse indre verden. Deres ligninger bekræftede, at de vilde udsving i en af ​​mængderne inde i et roterende sort hul omfatter områder, hvor rumtid har negativ krumning mere som en sadel, som er forbundet med en funktion kaldet gravitomagnetiske felter, der er ansvarlige for at producere de enorme stråler, der sprøjter fra supermassive sorte huller i midten af ​​galakser.

Fremtidige kort, der er bygget med forskernes nye forståelse af krumning inden for de sorte huller, kan hjælpe forskere med at forstå, hvorfor nogle galakser kan prale med jetfly og andre, som f.eks. Mælkevejen , lad være, sagde Henry til demokratija.eu.

'Sorte huller er en anden verden,' sagde Henry. 'Hvis du går der, kommer du ikke tilbage.'

Forskningen er tilgængelig online på arXiv .

Følg Nola Taylor Redd på Twitter @NolaTRedd eller Google+ . Følg os på @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den demokratija.eu .