Sciencemag.cz
Related Articles
Když se dvě černé díry obíhají kolem sebe, nakonec se spirálovitě přibližují a srazí se v jednom z nejnásilnějších jevů ve vesmíru. Tato událost je tak energeticky náročná, že výrazně deformuje okolní prostor. Vyzařuje gravitační vlny dostatečně silné na to, aby je bylo možné detekovat i pomocí přesných přístrojů na Zemi, miliardy světelných let daleko.
Tyto gravitační vlny nesou informace o události, které fyzikové využívají k předpovědi velikosti nové, větší černé díry vzniklé sloučením (tzv. „zbytková černá díra“). Přesné předpovědi však vyžadují složité rovnice, které původně vyvinul Einstein jako součást své obecné teorie relativity a jejichž řešení vyžaduje superpočítače.
Nyní tým vědců vedený fyziky z Penn State University ukázal, že by mohl existovat jednodušší způsob, jenž zároveň směřuje k hlubšímu pochopení fyzikálních jevů obsažených v těchto složitých rovnicích.
„Konečná černá díra vzniklá po sloučení zní jako rozezněný zvon a vyzařuje další gravitační vlny, dokud se neusadí v klidném, stabilním stavu, který lze popsat pouhými dvěma čísly – její konečnou hmotností a rotací,“ uvedla hlavní autorka článku Monica Rincon-Ramirez Penn State. „Položili jsme si otázku: Můžeme pomocí argumentů z termodynamiky předpovědět, jak bude tento konečný stav vypadat?“
„Pojmy a zákony termodynamiky se vztahují na systémy s velkým počtem částic, jako jsou plyny,“ říká k tomu spoluautor studie Nathan K. Johnson-McDaniel (Univerzita v Mississippi/Penn State). „Obvykle se zajímáme o předpovídání hrubozrnných vlastností těchto plynů, nikoli o to, co dělá každá jednotlivá molekula. Černé díry jsou naproti tomu popsány deterministickými rovnicemi obecné relativity a zdánlivě nemají s plyny nic společného. Od 70. let však přední fyzikové objevili zajímavou paralelu mezi vlastnostmi černých děr a vlastnostmi plynů. Chtěli jsme tuto analogii rozšířit na dvojité systémy černých děr.“
Nová studie naznačuje, že jakmile se náležitě zohlední energie a moment hybnosti – zde míra rotačního pohybu systému – odvedené gravitačními vlnami, zdá se, že výsledná černá díra představuje stav, který maximalizuje entropii a sleduje tak přirozenou tendenci vesmíru přecházet z řádu do chaosu.
Tým vyvinul takzvanou „hypotézu maximální entropie pro sloučení černých děr“, která je nápadně podobná běžné termodynamice. Nová hypotéza týmu naznačuje, že sloučení černých děr může řídit podobný princip.
„Hlavní zjištění vyplynulo ze studia toho, jak se změny hmotnosti a úhlového momentu slučujících se černých děr promítají do hodnot řady hypotetických rotujících zbytků černých děr,“ uvedl Rincon-Ramirez. „Je pozoruhodné, že entropie této posloupnosti dosahuje maxima při hodnotách, které se nápadně blíží hmotnosti a momentu hybnosti skutečného konečného zbytku, jak jej nezávisle předpověděly numerické relativistické simulace.“
Když dojde ke srážce dvou černých děr, které se spojí v jednu, zdá se, že černá díra, která po nich zůstane, „zapomene“ téměř vše, co se týká této srážky
Monica Rincon-Ramirez et al, Maximum Entropy Conjecture for Black Hole Mergers, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/hvp6-ydbq
Zdroj: Pennsylvania State University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka PH: Toto zrovna bohužel není zrovna srozumitelné, že? Černá díra se popisuje tak málo parametry, že z parametrů 2 slučujících se vyplynou parametry té finální jednoznačně? Jako že i když neznáme parametry původních děr, parametry výsledné dokážeme zjistit z gravitačních vln (kterých ale zachytíme jen zlomek)?
