آیا ممکن است یک سیاهچاله به دو سیاهچاله کوچکتر تقسیم شود؟ علم جواب می دهد

دو سیاهچاله می توانند با یکدیگر برخورد کنند و در نهایت تبدیل به سیاهچاله شوند. اما آیا فرآیند معکوس نیز امکان پذیر است؟ آیا یک سیاهچاله می تواند به دو سیاهچاله کوچکتر تقسیم شود؟

یک تحقیق نظری با عنوان وقتی سیاهچاله ها توپولوژی های جفت شلوار را می پذیرند، که در مجله Physical Review D منتشر شده است، این سوال را بررسی می کند.

فرانچسکو سانینو، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه فدریکو دوم ناپل ایتالیا و مرکز تئوری میدان کوانتومی در دانشگاه جنوب دانمارک، درباره هدف این مطالعه گفت:

در تحقیق خود، بررسی می کنیم که کدام قوانین فیزیکی معمولاً از تقسیم شدن یک سیاهچاله به دو قسمت جلوگیری می کند. ما همچنین به دنبال تعیین این هستیم که آیا شرایط خاصی می تواند چنین فرآیندی را امکان پذیر کند یا خیر.

از دیگر نویسندگان این تحقیق می توان به جاکومو کاچیاپاگلیا، محقق مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه در آزمایشگاه فیزیک نظری و انرژی بالا در پاریس اشاره کرد. آزمایشگاه مشترک این مرکز و دانشگاه سوربن. مانوئل دل پیانو و وانیا ولوچی، هر دو از مرکز نظریه میدان کوانتومی در دانشگاه جنوب دانمارک نیز در این تحقیق مشارکت داشتند.

چرا سیاهچاله ها معمولا به دو قسمت تقسیم نمی شوند؟

سیاهچاله ها در شرایط عادی به دو قسمت تقسیم نمی شوند. یکی از موانع اصلی این فرآیند مربوط به قوانین ترمودینامیک است.

سیاهچاله ها خاصیتی به نام آنتروپی دارند. به زبان ساده، آنتروپی معیاری است برای اینکه یک سیستم فیزیکی چند حالت میکروسکوپی متفاوت داشته باشد، در حالی که از بیرون یکسان به نظر می رسد. در یک سیاهچاله معمولی غیر چرخنده، تقسیم شدن به دو سیاهچاله کوچکتر باعث کاهش کل آنتروپی می شود. به همین دلیل، چنین فرآیندی از نظر ترمودینامیکی مطلوب نیست.

با این حال، وضعیت ممکن است برای سیاهچاله هایی که با سرعت بسیار بالا می چرخند متفاوت باشد.

محاسبات محققان نشان می دهد که چرخش سریع سیاهچاله ها می تواند راه استثنایی برای عبور از موانع مشترک ایجاد کند و امکان شکافتن آنها را فراهم کند.

فرانچسکو سانینو گفت:

با این حال، دو سیاهچاله حاصل از این فرآیند باید بتوانند از یکدیگر دور شوند و بلافاصله دوباره به هم نپیوندند. وقتی این شرط را در محاسبات وارد کنیم، دامنه شرایطی که در آن تقسیم امکان پذیر است تقریباً از بین می رود. مگر اینکه سیاهچاله با سرعتی نزدیک به حداکثر سرعت چرخش ممکن خود بچرخد.

اگر چنین تقسیم‌بندی رخ دهد، مرز بیرونی سیاه‌چاله که افق رویداد نامیده می‌شود، به مرور زمان شکلی شبیه شلوار به خود می‌گیرد. به این ترتیب یک بخش به دو شاخه مجزا تقسیم می شود. اصطلاح غیر معمول جفت توپولوژی های شلوار مانند در عنوان تحقیق نیز به این شکل هندسی اشاره دارد.

احتمالات غریبه و نقش سیاهچاله های اولیه

نویسندگان این مطالعه سناریوهای غیرعادی تری را نیز بررسی کرده اند. در تئوری هایی که ابعاد فضایی بیشتری را در نظر می گیرند، فیزیکدانان قبلا اجرام سیاهچاله مانندی را شناسایی کرده اند که ممکن است ناپایدار شوند و روند فروپاشی را آغاز کنند.

در برخی از این شرایط، پارتیشن بندی از نظر ترمودینامیکی مطلوب خواهد بود. به خصوص زمانی که یکی از سیاهچاله های به وجود آمده بسیار کوچکتر از دیگری باشد. با این حال، این واقعیت که این فرآیند از نظر ترمودینامیکی مطلوب است به تنهایی ثابت نمی کند که تجزیه واقعاً رخ خواهد داد.

سانینو درباره احتمال وقوع این پدیده و روش های احتمالی شناسایی آن گفت:

ما هنوز نمی‌توانیم احتمال خاصی برای شکافتن یک سیاه‌چاله ارائه کنیم. بستگی به این دارد که گرانش در چارچوب هایی فراتر از نظریه اینشتین چگونه رفتار می کند و ما سعی می کنیم آن را دقیق تر محاسبه کنیم. ما انتظار داریم که سیاهچاله های کوچک اولیه نسبت به سیاهچاله های اخترفیزیکی بسیار بزرگ آمادگی بیشتری برای تقسیم شدن داشته باشند. ممکن است بتوانیم این رویداد را غیر مستقیم شناسایی کنیم. برای مثال، تلسکوپ‌های پرتو گاما مانند Fermi-LET می‌توانند به دنبال نشانه‌هایی از قطعات بسیار کوچک سیاه‌چاله‌هایی باشند که احتمالاً هنگام ادغام این اجرام تشکیل می‌شوند.