Genişleyen bir evrende kara deliklerin şaşırtıcı davranışı

Kara delikleri araştıran bir fizikçi, genişleyen bir evrende, Einstein’ın denklemlerinin, her kara deliğin olay ufkunda evrenin genişleme hızının sabit, yani tüm kara delikler için aynı olmasını gerektirdiğini buldu. Bu da olay ufkunda bulunan tek enerjinin kozmolojik sabit olarak adlandırılan karanlık enerji olduğu anlamına gelir. Çalışma yayınlanan üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

New Haven Üniversitesi’nde Seçkin Öğretim Görevlisi Nikodem Popławski, “Aksi takdirde” dedi, “maddenin basıncı ve uzay-zamanın eğriliği ufukta sonsuz olmak zorunda kalacaktı, ama bu fiziksel değil.”

Kara delikler büyüleyici bir konudur çünkü evrendeki en basit şeylerle ilgilidirler: Tek özellikleri kütle, elektrik yükü ve açısal momentumdur (spin). Ancak bunların basitliği fantastik bir özelliğin ortaya çıkmasına neden oluyor; kara delikten kritik bir mesafede bir olay ufku, çevresinde fiziksel olmayan, en basit durumlarda küresel bir yüzey var. Kara deliğe daha yakın olan, yani olay ufkunun içindeki herhangi bir şey, asla kara delikten kaçamaz.

Kara delikler, 1916 yılında, ağrılı otoimmün cilt hastalığından muzdarip olan Karl Schwarzschild tarafından Rusya cephesinde Alman askeri olarak görev yaparken tahmin edilmişti. pemfigus.

Einstein’ın genel görelilik denklemlerini kullanarak, normalde boş ve değişmeyen bir evrende devasa, dönmeyen, mükemmel yuvarlak bir nesne varsaydı ve olay ufkunu keşfetti. Olay ufkunun yarıçapı kara deliğin kütlesiyle orantılıdır. Ufkun içinde evrendeki en hızlı cisim olan ışık bile delikten kaçamaz.

Schwarzschild ayrıca kara deliğin merkezinde, Einstein’ın yerçekimi yasalarının açıkça bozulduğu sonsuz yoğunluktaki bir yer olan belirgin bir tekillik buldu.

O zamandan beri gökbilimciler çoğu gökadanın merkezinde süper kütleli bir kara deliğin bulunduğunu keşfettiler; Samanyolu için ise Güneş’in dört milyon katından daha büyük bir kütleye sahip olan Yay A*’dır. Bir kara delik vardı doğrudan görüntülendi Sadece 2019’da, Messier 87 galaksisinin merkezinde, Dünya’dan 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta, etrafında ışık halesi bulunan siyah bir nokta.

Popławski, Schwarzschild’in ötesine geçerek genişleyen bir evrende devasa, merkezi olarak simetrik bir nesne olduğunu varsaydı. Bu durumda, kütle etrafındaki uzay-zamanın yapısına ilişkin Einstein’ın denklemlerinin çözümü ilk kez 1933’te İngiliz matematikçi ve kozmolog George McVittie tarafından elde edildi.

McVittie, kütle yakınında uzay-zamanın Schwarzschild’inki gibi bir olay ufkuna sahip olduğunu, ancak kütleden uzakta evrenin, tıpkı bizim evrenimiz gibi genişlediğini buldu. Hubble parametresi aynı zamanda Hubble sabitievrenin genişleme hızını belirtir.

Popławski McVittie’nin çözümünü kullanarak olay ufkunda uzayın genişleme hızının yalnızca kozmolojik sabitle (uzay-zaman boşluğunun enerji yoğunluğu olarak yorumlanabilir) ilişkili bir sabit olması gerektiğini buldu. Bugün bunu karanlık enerjinin yoğunluğu olarak biliyoruz. Yani ufuktaki tek enerji karanlık enerjidir. Bunun sonucunda evrenin farklı kısımlarının farklı oranlarda genişlediği ortaya çıktı.

Aslında, sözde ” ile benzer bir şey bulunduHubble gerginliğiHubble parametresinin ölçülen iki farklı değeri arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık olup olmadığına bağlı olarak “geç evren” ölçümleri kozmik mikrodalga arka plan ölçümlerine dayanan “erken evren” teknikleri kullanılır. Popławski, çalışmasında bu tutarsızlığın “Einstein’ın genel görelilik teorisi kapsamında genişleyen bir evrendeki bir kara deliğin uzay-zamanının doğru analizinin doğal bir sonucu olduğunu” söyledi.

Üstelik denklemleri, evrenin farklı hızlarda genişlemesinin bir sonucu olarak kozmolojik sabitin ve dolayısıyla karanlık enerjinin değerinin pozitif olması gerektiğini gösteriyor. Popławski, aksi takdirde bu sabit olmasaydı “kapalı bir evren salınımlı olurdu ve kozmik boşluklar yaratamazdı” dedi.

“Bu, evrenin gözlemlenen mevcut ivmesinin en basit açıklamasıdır.”

Diyelim ki bir yıldız için evren de yüzey sınırında genişliyor, ancak cisim kütleçekimsel ve elektromanyetik olarak bağlı olduğu için genişlemiyor.

Ancak olay ufku matematiksel olarak soyut bir şeydir; madde veya enerjiden yapılmış bir şey değil, yalnızca uzaydaki noktalardan yapılmıştır; dolayısıyla orada uzayın sabit bir genişleme hızı olması şaşırtıcı değildir. Olay ufkunun kendisi (ve dolayısıyla bir kara delik) genişlemiyor; ufkun dışındaki uzay noktaları ondan uzaklaşıyor.

Gerçek kara delikler dönüyor, ancak eğer dönüş genellikle yavaşsa, Popławski’nin vardığı sonuçlar iyi bir yaklaşım açısından onlar için de geçerli olmalıdır. Ancak Hubble parametresinin olay ufkunda ölçülmesi, yeni teknikler geliştirilmediği sürece şu anda mümkün değil.

Olay ufkunda bulunan bir gözlemci prensip olarak oradaki Hubble parametresini ölçebilir ancak olay ufkunun ötesine düşerken değerini evrenin geri kalanına iletemez ve bu parametrenin üzerinden hiçbir bilginin geri gönderilmesi mümkün değildir.

Popławski, bunun bir hipotezle bağlantılı olduğunu söyledi 2010 yılında yayınladı: Her kara delik aslında bir solucan deliğidir (bir Einstein-Rosen köprüsü) olay ufkunun diğer tarafındaki yeni bir evrene.

“Olay ufku bir evrenden diğerine açılan bir kapıdır” dedi. “Bu kapı, evrenin genişlemesiyle büyümüyor… Eğer bu, bir evreni oluşturan kara deliğin olay ufku için oluyorsa, o evrendeki diğer kara deliklerin olay ufku için de çalışması gerekir.”

© 2024 Science X Ağı