Finalmente, prueba matemática de que los agujeros negros son estables

En 1963, El matemático Roy Kerr encontró una solución a las ecuaciones de Einstein que describe con precisión el espacio-tiempo fuera de lo que ahora llamamos un agujero negro giratorio (el término no se acuñaría hasta dentro de varios años). para mostrar que estos llamados agujeros negros de Kerr son estables. Lo que eso significa, explicado jeremy sheftelun matemático de la Universidad de la Sorbona, "es que si empiezas con algo que se parece a un agujero negro de Kerr y lo golpeas ligeramente" (arrojándole algunas ondas gravitacionales, por ejemplo), "lo que esperas, en el futuro lejano, es, que todo se asentará y se verá exactamente como la decisión de Kerr nuevamente.'

La situación opuesta, una inestabilidad matemática, "plantearía un profundo enigma para los físicos teóricos y sugeriría la necesidad de modificar, en algún nivel fundamental, la teoría de la gravedad de Einstein", dijo. Thibault Damourfísico del Instituto de Investigaciones Científicas Avanzadas de Francia.

En la página 912 papel publicado en línea el 30 de mayo, Szeftel, elena georgi de la Universidad de Columbia y Sergio Kleinerman de la Universidad de Princeton demostró que los agujeros negros de Kerr que giran lentamente son estables. El trabajo es el producto de muchos años de esfuerzo. La prueba completa - consiste en el nuevo trabajo, papel de 800 paginas por Klainerman y Szeftel de 2021, más tres artículos principales que establecen varias herramientas matemáticas, con un total de aproximadamente 2100 páginas.

El nuevo resultado "realmente representa un hito en el desarrollo matemático de la relatividad general", dijo. Demetrios Christodouloumatemático del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich.

Shing-Tung YauEl profesor emérito de la Universidad de Harvard, que recientemente se mudó a la Universidad de Tsinghua, también fue elogiado y calificó la prueba como "el primer gran avance" en esta área de la relatividad general desde principios de la década de 1990. "Este es un problema muy difícil", dijo. enfatizó que el nuevo documento aún no ha sido revisado por pares. Pero calificó el artículo de 2021, que ha sido aprobado para su publicación, como "completo y emocionante".

Una de las razones por las que la cuestión de la estabilidad ha permanecido abierta durante tanto tiempo es que la mayoría de las soluciones explícitas a las ecuaciones de Einstein, como la que descubrió Kerr, son estacionarias, dijo Giorgi. No son los agujeros negros que vemos en la naturaleza”. Para evaluar la estabilidad, los investigadores deben someter los agujeros negros a pequeñas perturbaciones y luego ver qué sucede con las soluciones que describen esos objetos a medida que avanza el tiempo.

Por ejemplo, imagina ondas de sonido golpeando una copa de vino. Casi siempre las olas sacuden ligeramente la copa y luego el sistema se asienta. Pero si alguien canta lo suficientemente fuerte y en un tono que coincida exactamente con la frecuencia de resonancia de la copa, la copa puede Giorgi, Klainerman y Szeftel se preguntaron si podría ocurrir un fenómeno de tipo de resonancia similar cuando las ondas gravitacionales golpean un agujero negro.

Se plantean varias salidas posibles. Una onda gravitacional puede, por ejemplo, cruzar el horizonte de sucesos de un agujero negro de Kerr y entrar en el interior. La masa y el giro del agujero negro se pueden cambiar ligeramente, pero el objeto seguirá siendo un agujero negro caracterizado por las ecuaciones de Kerr. O las ondas gravitacionales pueden girar alrededor del agujero negro antes de disiparse de la misma manera que la mayoría de las ondas sónicas se disipan después de encontrarse con un vino. vidrio.

O podrían combinarse para crear caos o, como dijo Georgie, "Dios sabe qué". Las ondas gravitacionales podrían acumularse fuera del horizonte de eventos de un agujero negro y concentrar su energía hasta el punto de formar una singularidad separada. entonces el agujero negro estaría tan distorsionado que la solución de Kerr ya no prevalecería, lo que sería un signo dramático de inestabilidad.

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