Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες «ερωτεύονται». Spinning Black Holes Fall in Love

Νέοι υπολογισμοί που περιέχονται στην δημοσίευση με τίτλο «Spinning Black Holes Fall in Love» δείχνουν ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες – σε αντίθεση με τις μη περιστρεφόμενες – μπορούν να παραμορφωθούν παλιρροιακά από ένα μη συμμετρικό βαρυτικό πεδίο. New calculations show that spinning black holes—unlike nonspinning ones—can be tidally deformed by a nonsymmetric gravitational field. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Θα μπορούσε μια μαύρη τρύπα να έχει παλίρροιες; Η κοινή λογική έλεγε όχι. Αυτά τα πυκνά αντικείμενα είναι πολύ άκαμπτα για να σχηματίσουν τέτοιες επιφανειακές παραμορφώσεις. Όμως, ένας νέος θεωρητικός υπολογισμός διαπιστώνει ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα μπορεί να αναπτύξει μια παλιρροιακή διόγκωση σε ένα μη αξονο-συμμετρικό βαρυτικό πεδίο.

Οι Alexandre Le Tiec και Marc Casals στην εργασία τους δείχνουν ότι αυτές οι συνθήκες θα μπορούσαν να προκύψουν κατά τη συγχώνευση μιας μαύρης τρύπας και ότι η διόγκωση επηρεάζει την περιστροφή της μαύρης τρύπας.

They are called "tidal" because they are responsible for the ocean tides on earth. Our planet is in free fall toward the moon. The portion of the ocean's water closer to the moon experiences a stronger attraction than the portion furthest away. That elongates the waters that jacket the earth into two lobes. The earth rotates under these two lobes, once every day, producing two high tides.

Η Γη αλλάζει το σχήμα της εξαιτίας των βαρυτικών δυνάμεων της Σελήνης και του Ήλιου. Μια τέτοια παλιρροιακή παραμόρφωση μπορεί να χαρακτηριστεί από τους «παλιρροιακoύς αριθμούς Love» (Τidal Love Νumbers – συντομογραφικά TLNs, από το όνομά του μαθηματικού Augustus Love). Πρόκειται για το βαρυτικό ανάλογο της ηλεκτρικής επιδεκτικότητας στην ηλεκτροδυναμική

Οι TLNs περιγράφουν διαφορετικούς τρόπους παλιρροιακής απόκρισης. Ο τετραπολικός αριθμός Love της Γης, για παράδειγμα, έχει τιμή 0,3, ενώ η ίδια παράμετρος για ένα (λιγότερο παραμορφώσιμο) άστρο νετρονίων εκτιμάται ότι είναι περίπου 0,1.

Παλαιότερη εργασία έδειξε ότι οι TLNs είναι μηδενικοί για μια μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα σε ένα στατικό παλιρροιακό πεδίο. Αλλά η κατάσταση είναι διαφορετική όταν το πεδίο αλλάζει με το χρόνο ή όταν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται σε ασυμμετρικό πεδίο. Οι Le Tiec και Casals διαπίστωσαν ότι μια μαύρη τρύπα που περιστρέφεται στο 10% της μέγιστης ταχύτητας σε ένα μη συμμετρικό πεδίο θα πρέπει να έχει ένα τετραπολικό αριθμό Love 0,002. Παρά το γεγονός ότι είναι σχετικά μικρές, τέτοιες παλιρροιακές παραμορφώσεις θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη δυναμική των συγχωνεύσεων των μαύρων οπών. Για την περίπτωση μιας μαύρης τρύπας με αστρική μάζα που κινείται σπειροειδώς γύρω από μια περιστρεφόμενη τερατώδους μάζας μαύρη τρύπα, διαπίστωσαν ότι οι παλιρροιακές παραμορφώσεις στο μεγαλύτερο αντικείμενο δημιουργούν μια ροπή που επιβραδύνει την περιστροφή της.

Πηγές: A. Le Tiec and M. Casals, “Spinning black holes fall in Love,” Phys. Rev. Lett. 126, 131102 (2021) - https://physics.aps.org/articles/v14/s38 - https://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/black_holes/index.html - https://physicsgg.me/2021/03/31/