astrophysicists惊讶地发现极端的黑洞有“引力发”,可以梳理

怪物的黑洞

艺术家通过吸积盘旋转黑洞增压物的概念并发射喷射。信用:NASA / JPL-CALTECH

黑洞被认为是宇宙中最神秘的物体之一。他们的神秘之处在于,他们实际上是爱因斯坦广义相对论场方程的最简单解之一。事实上,只有三个物理量可以完全描述黑洞:它们的质量、自旋和电荷。因为它们没有额外的“毛发”属性来区分它们,所以黑洞被称为“没有毛发”:相同质量、自旋和电荷的黑洞彼此完全相同。

Theiss的Lior Burko博士与马萨诸塞达特茅斯大学(University of Massachusetts Dartmouth)和罗德岛大学(University of Rhode Island)的高拉夫·康纳(Gaurav Khanna)教授以及他以前的学生苏比尔·萨巴瓦尔(Subir Sabharwal)博士合作,发现了一种特殊的类型黑洞违反了黑洞唯一性,所谓的“无头发”定理。具体而言,团队研究了极端的黑洞 - 孔“饱和”,最大电荷或旋转它们可以携带。

他们发现有一个量可以由黑洞视界的时空曲率构造而成,这个量是守恒的,可以被一个遥远的观察者测量到。由于这个量取决于黑洞是如何形成的,而不仅仅是三个经典的属性,它违反了黑洞的唯一性。

这个量构成了“引力发丝”,并有可能被最近和即将到来的引力波天文台如利奥和丽莎。这种新头发的结构遵循Angelopoulos,aretakis和Gajic在更简单的“玩具”模型的背景下发现了类似数量的,使用标量场和球形黑洞,并将其延伸到旋转的重力扰动那些。

“这种新的结果令人惊讶,”布尔科说,“因为黑洞唯一性定理是完全建立的,特别是他们延伸到极端黑洞。必须假设不满意的定理,以解释在这种情况下如何不适用定理。“事实上,团队在artakis上进行了以前的工作,发现即使是极端黑洞的外部扰动,因为它们的常规黑洞也腐烂,沿着活动范围,某些扰动场无限期地发展。

“唯一性定理假设时间独立。但artakis现象明确地违反了沿着事件范围的时间独立。这是头发可以弹出的漏洞,并通过引力波天文台在很远的距离中梳理,“布尔科说。与其他作品不同,发现了黑洞标定的头发,Burko指出,“在这项工作中,我们正在使用真空爱因斯坦理论,没有额外的动态领域,可以修改理论,这可能违反强劲的等价原则。”

该团队使用了非常密集的数值模拟来得出他们的结果。模拟使用了几十个最高端的Nvidia图形处理单元(gpu),每个都有超过5000个核,同时进行。“每台gpu每秒都能执行多达7万亿次计算;然而,即使有这样的计算能力,模拟看起来也需要好几个星期才能完成,”Khanna说。

鉴于这项工作的突破性,它发表于1/26/2021中,位于同行评​​审的物理期刊之一,物理评论D.作为一个着名的信。

参考:Lior M. Burko, Gaurav Khanna和Subir Sabharwal的《极端克尔黑洞的标量和引力头发》,2021年1月26日,物理评论D.
DOI:10.1103 / physrevd.103.l021502

该研究部分由国家科学基金会和海军研究办公室资助。研究工作中利用了Umass Darthouth科学计算和可视化研究中心(CSCVR)的计算资源。CSCVR通过提供高质量的发现的教育经验,促进Umass Dartmouth的使命,这些学生超越了学术领域或部门的传统界限,并促进了大学内的计算科学和其他大学的研究人员,国家实验室和行业。Khanna是中心的主任。

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