سیاهچاله ها می توانند به دو قسمت تقسیم شوند - اما تنها در صورتی که با سرعت بسیار زیاد بچرخند

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانستند که وقتی دو سیاه‌چاله با هم برخورد می‌کنند، با هم ادغام می‌شوند تا سیاهچاله‌ای عظیم‌تر ایجاد کنند. این رویدادها آنقدر شدید هستند که ساختار فضا را با امواجی به نام امواج گرانشی به صدا در می آورند.

اکنون، تحقیقات جدید نشان می دهد که ممکن است برعکس این نیز اتفاق بیفتد: سیاهچاله های منفرد ممکن است بتوانند به دو قسمت تقسیم شوند. اما این تنها در صورتی می تواند اتفاق بیفتد که آن سیاهچاله مولد با حداکثر سرعت ممکن در حال چرخش باشد. این سرعت باعث می‌شود که سیاه‌چاله‌ها بلافاصله روی همدیگر سقوط نکنند.

قوانین فیزیکی وجود دارد که معمولا از دو قسمت شدن سیاهچاله ها جلوگیری می کند. تیم پشتیبان این تحقیق بررسی کردند که آیا شرایطی وجود دارد که در آن این قوانین به طور موقت قابل دور زدن هستند یا خیر. یکی از جنبه های کلیدی فیزیک که از دوشاخه شدن سیاهچاله ها جلوگیری می کند ناشی از ترمودینامیک است. سیاهچاله ها دارای ویژگی به نام "آنتروپی" هستند که اساسا معیاری از بی نظمی در یک سیستم است.

جعبه مداد رنگی کودک نوپا را تصور کنید. هنگامی که آنتروپی کم است، مداد رنگی ها بر اساس رنگ مرتب می شوند. با افزایش آنتروپی، مداد رنگی ها پراکنده می شوند و دیگر مرتب نمی شوند. برای اینکه مداد رنگی ها مرتب شوند، باید والدین انرژی خود را در سیستم بگذارند و مرتب مداد رنگی ها را مرتب کنند. به عبارت دیگر، آنتروپی یک سیستم را نمی توان بدون دخالت و انرژی از خارج از آن سیستم کاهش داد. اگر می شد، فرزندپروری کمی آسان تر می شد.

تقسیم شدن سیاهچاله به دو قسمت نشان دهنده کاهش آنتروپی است که قوانین ترمودینامیک به شدت با آن موافق نیست، اما تنها در صورتی که سیاهچاله در حال چرخش نباشد. وضعیت می تواند برای یک سیاهچاله به سرعت در حال چرخش متفاوت باشد.

این تیم از دانشمندان دریافتند که برای چنین سیاهچاله ای یک روزنه وجود دارد.

فرانچسکو سانینو از دانشگاه ناپل فدریکو دوم در ایتالیا در بیانیه‌ای گفت: «دو سیاه‌چاله به‌وجود آمده نیز باید قادر به جدا شدن از یکدیگر باشند تا فورا به هم برسند». زمانی که این الزام را لحاظ می کنیم، پنجره تا حد زیادی دوباره بسته می شود، به جز سیاهچاله هایی که نزدیک به حداکثر سرعت ممکن خود می چرخند.

شلوار سیاه سوراخ؟

این تیم دقیقا محاسبه کردند که چگونه چنین شکاف سیاهچاله ای می تواند رخ دهد و دریافتند که تقسیم مرز بیرونی سیاهچاله یا "افق رویداد" به شکل عجیبی شبیه شلوار پیش می رود و یک سیاهچاله در نتیجه هر "پا" می لغزد.

آنها این را "توپولوژی های یک جفت شلوار" نامیدند.

محققان همچنین به این نتیجه رسیدند که اگر یکی از سیاه‌چاله‌های حاصل به‌طور قابل‌توجهی کوچک‌تر از دوقلوی تازه متولد شده‌اش باشد، شکاف بیشتر اتفاق می‌افتد.

تصویری از یک سیاهچاله که به دو قسمت تقسیم می شود و شکل شلوار را ایجاد می کند. (اعتبار تصویر: فرانچسکو سانینو) سانینو گفت: "ما هنوز نمی‌توانیم یک احتمال واحد برای شکافتن یک سیاه‌چاله بدهیم. این بستگی به رفتار گرانش فراتر از نظریه انیشتین دارد و ما در حال کار برای تعیین کمیت آن هستیم." ما انتظار داریم سیاهچاله های اولیه کوچک نسبت به سیاهچاله های اخترفیزیکی بسیار بزرگتر مستعد شکافتن باشند.

سانینو افزود که چنین شکاف های سیاه چاله ای ممکن است در نور پرانرژی به نام پرتوهای گاما قابل تشخیص باشند.

این محقق نتیجه گیری کرد: «ما ممکن است یک شکاف را به طور غیرمستقیم تشخیص دهیم: تلسکوپ های پرتو گاما مانند Fermi-LAT می توانند سیگنال هایی را از قطعات ریز سیاهچاله ای که ممکن است در طول ادغام ایجاد شوند، جستجو کنند.

تحقیقات این تیم در 22 اکتبر در مجله Physical Review D منتشر شد.