آیا امکان دارد یک سیاه‌چاله به دو سیاه‌چاله کوچک‌تر تقسیم شود؟ علم پاسخ می‌دهد

دو سیاه‌چاله می‌توانند با یکدیگر برخورد کنند و در نهایت به یک سیاه‌چاله تبدیل شوند؛ اما آیا فرایند معکوس نیز امکان‌پذیر است؟ آیا یک سیاه‌چاله منفرد می‌تواند به دو سیاه‌چاله کوچک‌تر تجزیه شود؟

پژوهشی نظری با عنوان When Black Holes Admit Pair-of-pants Topologies که در مجله Physical Review D منتشر شده، این پرسش را بررسی می‌کند.

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

در پژوهش خود بررسی می‌کنیم که کدام قوانین فیزیکی معمولاً مانع تقسیم یک سیاه‌چاله به دو بخش می‌شوند. همچنین به دنبال این هستیم که مشخص کنیم آیا شرایط خاصی می‌توانند امکان وقوع چنین فرایندی را فراهم کنند یا خیر.

از دیگر نویسندگان این تحقیق می‌توان به جاکومو کاچیاپالیا، پژوهشگر مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه در آزمایشگاه فیزیک نظری و انرژی‌های بالا در پاریس، اشاره کرد؛ آزمایشگاهی مشترک میان این مرکز و دانشگاه سوربن. مانوئل دل پیانو و وانیا ولوتچی، هر دو از مرکز نظریه میدان کوانتومی دانشگاه جنوب دانمارک، نیز در انجام این پژوهش مشارکت داشته‌اند.

چرا سیاه‌چاله‌ها معمولاً به دو بخش تقسیم نمی‌شوند؟

سیاه‌چاله‌ها در شرایط معمول به دو قسمت تجزیه نمی‌شوند. یکی از موانع اصلی این فرایند به قوانین ترمودینامیک مربوط می‌شود.

سیاه‌چاله‌ها دارای ویژگی‌ای به نام آنتروپی هستند. به زبان ساده، آنتروپی معیاری برای سنجش تعداد حالت‌های میکروسکوپی متفاوتی است که یک سامانه فیزیکی می‌تواند داشته باشد، در حالی که از بیرون همچنان یکسان به نظر برسد. در یک سیاه‌چاله معمولی و بدون چرخش، تقسیم شدن به دو سیاه‌چاله کوچک‌تر باعث کاهش آنتروپی کل خواهد شد. به همین دلیل، چنین فرایندی از نظر ترمودینامیکی مطلوب نیست.

با این حال، وضعیت سیاه‌چاله‌هایی که با سرعت بسیار بالا می‌چرخند، ممکن است متفاوت باشد.

محاسبات پژوهشگران نشان می‌دهد که چرخش سریع سیاه‌چاله‌ها می‌تواند راهی استثنایی برای عبور از موانع معمول ایجاد کند و احتمال تقسیم آن‌ها را به وجود آورد.

فرانچسکو سانینو در این باره گفت

با این حال، دو سیاه‌چاله حاصل از این فرایند باید بتوانند از یکدیگر فاصله بگیرند و بلافاصله دوباره به هم نپیوندند. وقتی این شرط را نیز در محاسبات وارد می‌کنیم، محدوده شرایطی که تقسیم در آن امکان‌پذیر است، تقریباً از بین می‌رود؛ مگر اینکه سیاه‌چاله با سرعتی نزدیک به بیشترین سرعت چرخش ممکن دوران کند.

اگر چنین تقسیم‌شدنی رخ دهد، مرز بیرونی سیاه‌چاله که افق رویداد نام دارد، در گذر زمان شکلی شبیه شلوار پیدا می‌کند؛ به این صورت که یک بخش به دو شاخه جداگانه تقسیم می‌شود. اصطلاح غیرمعمول زوج توپولوژی‌های شلوارگونه در عنوان پژوهش نیز به همین شکل هندسی اشاره دارد.

احتمال‌های عجیب‌تر و نقش سیاه‌چاله‌های نخستین

نویسندگان پژوهش، سناریوهای غیرمعمول‌تری را نیز بررسی کرده‌اند. در نظریه‌هایی که ابعاد فضایی بیشتری را در نظر می‌گیرند، فیزیک‌دانان پیش‌تر اجرامی شبیه سیاه‌چاله را شناسایی کرده‌اند که ممکن است ناپایدار شوند و روند تجزیه را آغاز کنند.

در برخی از این شرایط، تقسیم شدن از نظر ترمودینامیکی مطلوب خواهد بود؛ به‌ویژه زمانی که یکی از سیاه‌چاله‌های حاصل بسیار کوچک‌تر از دیگری باشد. با این حال، مطلوب بودن این فرایند از نظر ترمودینامیکی به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که تجزیه واقعاً اتفاق خواهد افتاد.

سانینو درباره احتمال وقوع این پدیده و روش‌های احتمالی شناسایی آن گفت

هنوز نمی‌توانیم احتمال مشخص و واحدی برای تقسیم شدن یک سیاه‌چاله ارائه دهیم. این موضوع به چگونگی رفتار گرانش در چارچوب‌هایی فراتر از نظریه اینشتین بستگی دارد و ما در حال تلاش برای محاسبه دقیق‌تر آن هستیم. انتظار داریم سیاه‌چاله‌های نخستین کوچک، در مقایسه با سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی بسیار بزرگ، آمادگی بیشتری برای تقسیم شدن داشته باشند. شاید بتوانیم این رویداد را به‌طور غیرمستقیم شناسایی کنیم؛ برای مثال، تلسکوپ‌های پرتو گاما مانند فرمی-ال‌ای‌تی می‌توانند به دنبال نشانه‌هایی از قطعات بسیار کوچک سیاه‌چاله‌ها بگردند که احتمال دارد هنگام ادغام این اجرام شکل بگیرند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.