Svarta hål kan förekomma i ”perfekta par” i ett ständigt expanderande universum

Svarta hål. Credit: APS/Alan Stonebraker
Credit: APS/Alan Stonebraker

Forskare från University of Southampton, tillsammans med kollegor från universiteten i Cambridge och Barcelona, har visat att det är teoretiskt möjligt för svarta hål att existera i perfekt balanserade par – som hålls i jämvikt av en kosmologisk kraft – som efterliknar ett enda svart hål.

Svarta hål är massiva astronomiska objekt som har en så stark gravitationskraft att ingenting, inte ens ljus, kan undkomma. De är otroligt täta. Ett svart hål kan packa in jordens massa i ett utrymme som är lika stort som en ärta.

Konventionella teorier om svarta hål, baserade på Einsteins allmänna relativitetsteori, förklarar vanligtvis hur statiska eller snurrande svarta hål kan existera på egen hand, isolerade i rymden. Svarta hål i par skulle så småningom hindras av gravitationen som drar till sig och kolliderar dem med varandra.

Detta är dock sant om man antar att universum står stilla. Men hur är det med ett universum som är i ständig rörelse? Kan par av svarta hål existera i harmoni i ett ständigt expanderande universum, kanske maskerade som ett?

”Den kosmologiska standardmodellen utgår från att Big Bang gav upphov till universum och att det för cirka 9,8 miljarder år sedan dominerades av en mystisk kraft, kallad ’mörk energi’, som accelererar universum med en konstant hastighet”, säger professor Oscar Dias vid University of Southampton.

Forskarna kallar denna mystiska kraft för en ”kosmologisk konstant”. I ett universum som förklaras av Einsteins teori med en kosmologisk konstant är svarta hål nedsänkta i en kosmologiskt accelererad bakgrund. Detta flyttar de teoretiska målstolparna för hur svarta hål kan interagera och existera tillsammans.

Med hjälp av komplexa numeriska metoder visar teamet bakom den senaste studien att två statiska (icke-spinnande) svarta hål kan existera i jämvikt – deras gravitationella attraktion kompenseras av den expansion som är förknippad med en kosmologisk konstant. Även i det accelererande universum som ständigt expanderar förblir de svarta hålen låsta på ett fast avstånd från varandra. Hur mycket expansionen än försöker dra isär dem så kompenserar den gravitationella attraktionen.

”På avstånd skulle ett par svarta hål vars attraktionskraft kompenseras av den kosmiska expansionen se ut som ett enda svart hål. Det kan vara svårt att upptäcka om det är ett enda svart hål eller ett par av dem”, kommenterar professor Dias.

Professor Jorge Santos vid University of Cambridge tillägger: ”Vår teori är bevisad för ett par statiska svarta hål, men vi tror att den skulle kunna tillämpas på snurrande svarta hål också. Det verkar också troligt att vår lösning skulle kunna gälla för tre eller till och med fyra svarta hål, vilket öppnar upp för en hel rad möjligheter.”

Studien genomfördes av professor Oscar Dias (University of Southampton), professor Gary Gibbons (University of Cambridge), professor Jorge Santos (University of Cambridge) och Dr. Benson Way (University of Barcelona). Deras artikel ”Static Black Binaries in de Sitter Space” har publicerats i tidskriften Physical Review Letters och granskats som en Viewpoint-artikel.

Ytterligare information: Óscar J. C. Dias et al, Static Black Binaries in de Sitter Space, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.131401

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.