Găurile negre ar putea fi înconjurate de ”molecule gravitaționale”

Cercetătorii speculează că aceste molecule ar putea orbita găurile negre într-un mod similar celui în care electronii orbitează în jurul nucleului.

O echipă de cercetători a demonstrat că un tip special de particule poate exista în jurul unei perechi de găuri negre într-un mod similar celui în care un electron poate exista în jurul unei perechi de atomi de hidrogen, obținând astfel primul exemplu de „moleculă gravitațională”. Acest obiect ciudat poate oferii indicii asupra naturii materiei întunecate și  spațiu-timpului, notează Live Science.

• MESAJE DE CRĂCIUN. Cele mai frumoase mesaje, urări şi felicitări pentru cei dragi
• Misiunea Lucy care va studia asteroizii troieni ai planetei Jupiter, lansată astăzi

Baza fizicii moderne: câmpul

Pentru a înțelege cum noul studiu explică existența unei molecule gravitaționale, trebuie mai întâi să explorăm unul dintre cele mai fundamentale aspecte ale fizicii moderne: câmpul. Un câmp este un instrument matematic care spune care sunt condițiile din diferite puncte ale Universului. De exemplu, dacă ați văzut vreodată un raport meteo TV cu privire la temperaturile din zona dumneavoastră, vă uitați la o reprezentare prietenoasă a unui câmp: pe măsură ce călătoriți veți  temperaturile la care să vă așteptați și dacă trebuie să aveți o haină în plus sau o umbrelă.

Acest tip de câmp este cunoscut sub numele de câmp „scalar”, deoarece acest termen este modul matematic de a spune că vorbim „doar de un singur număr”. Există alte tipuri de câmpuri în fizică, cum ar fi câmpurile „vectoriale” și câmpurile „tensoriale”, care furnizează mai mult de un număr pentru fiecare locație în spațiu-timp. Cel mai la îndemână exemplu este o hartă a vitezei și a direcției vântului. Totuși, pentru a înțelege acest studiu, trebuie să fim familiari cu ideea de câmp scalar.

La jumătatea secolului trecut, cercetătorii și-au dat seama că câmpurile nu sunt doar trucuri matematice la îndemână și descriu de fapt ceva fundamental despre funcționarea realității. Au descoperit, practic, că totul în Univers este într-adevăr un câmp.

O nouă interpretare a fizicii

În fizica modernă, electronul este reprezentat ca un câmp, un obiect matematic care ne spune unde este posibil să vedem electronul data viitoare când ne uităm. Acest câmp reacționează la lumea din jur, ca în cazul influenței unui nucleu atomic din apropiere.

Rezultatul final este că electronii pot apărea numai în anumite regiuni din jurul unui nucleu atomic, dând naștere unei abordări separate a chimiei.

În fizica atomică, cercetătorii pot descrie complet o particulă elementară, ca un electron, folosindu-se de trei numere: masa, spinul și sarcina electrică. Și în fizica gravitațională, puteți descrie complet o gaură neagră în termeni de trei numere: masă, spin și sarcina de electroni.

În limbajul folosit de fizicieni, un atom poate fi descris ca un mic nucleu înconjurat de câmpul său de electroni. Acest câmp de electroni răspunde la prezența nucleului și permite electronilor să apară numai în anumite regiuni, același lucru este valabil și pentru electronii din jurul a doi nuclei, de exemplu într-o moleculă diatomică precum hidrogenul (H2).

Câmpul unei găuri negre

Mediul unei găuri negre poate fi descris de către cercetători în mod similar. Imaginați-vă singularitatea minusculă a unei găuri negre asemănătoare cu nucleul unui atom, în timp ce mediul înconjurător, un câmp scalar generic, este similar cu cel care descrie o particulă subatomică. Acest câmp scalar răspunde la prezența găurii negre și permite ca particulele să apară numai în anumite regiuni. Și la fel ca în moleculele diatomice, puteți descrie și câmpuri scalare din jurul a două găuri negre.

Autorii studiului au descoperit că câmpurile scalare pot exista într-adevăr în jurul găurilor negre binare. Mai mult, ele se pot forma în anumite modele care seamănă cu modul în care câmpurile de electroni se dispun în molecule. Astfel, comportamentul câmpurilor scalare în acest scenariu imită modul în care se comportă electronii în moleculele diatomice, de unde și denumirea „molecule gravitaționale”.

Dacă materia întunecată este într-adevăr compusă dintr-un fel de câmp scalar, atunci acest rezultat înseamnă că materia întunecată ar exista într-o stare foarte ciudată în jurul găurilor negre binare, aceste particule întunecate ar trebui să existe pe orbite foarte specifice, la fel cum fac electronii în cazul atomilor. Dar găurile negre binare au o durată de viață finită, emit radiații gravitaționale și în cele din urmă se ciocnesc și se unesc într-o singură gaură neagră.

Aceste câmpuri scalare ale materiei întunecate ar afecta orice undă gravitațională emisă în timpul unor astfel de coliziuni, deoarece acestea ar filtra, devia și remodela orice unde care trec prin aceste regiuni cu o densitate crescută de materie întunecată. Acest lucru înseamnă că oamenii de știință ar putea fi capabili să detecteze acest tip de materie întunecată cu instrumentele actuale.

Citește și:

Astronomii au găsit șase galaxii care orbitau în jurul unei găuri negre gigantice

Cea mai mare coliziune a unor găuri negre observată vreodată de astronomi

Astronomii pot ”prezice” comportamentul a două găuri negre care se ciocnesc

Ar putea o planetă locuibilă să existe pe orbita unei găuri negre supermasive?