Od grawitacji do dynamiki płynów

Czarne dziury są jednym z najbardziej niezwykłych przewidywań ogólnej teorii względności. W ramach projektu FLUIDGRAVITY (Fluid dynamics and quantum gravity) ostatnie osiągnięcia w zakresie kosmologii bran, teorii strun i dynamiki płynów motywowały badania nad czarnymi dziurami w więcej niż czterech wymiarach, dając zaskakujące wyniki.

W czasoprzestrzeni o więcej niż czterech wymiarach, czarne dziury mają egzotyczne kształty i niezwykłą dynamikę. Rozwiązania równania Einsteina obejmują wielokrotne granice asymptotyczne i horyzonty zdarzeń przeszłych, które nie są obserwowane w prawdziwych czarnych dziurach tworzonych przez zapadanie grawitacyjne masywnej gwiazdy.

Prace w ramach projektu FLUIDGRAVITY skupiły się na jednej takiej cesze: wewnętrznym horyzoncie czarnej dziury, który jest niedostępny dla zewnętrznego obserwatora. Naukowcy badali rozwiązania skalarnego równania falowego dla czarnej dziury i sposób przekładu uzyskanych informacji na obserwable fizyczne.

Ponadto, znaleziono rodziny dokładnych rozwiązań wysoce nieliniowych równań bezsiłowego elektromagnetyzmu, które wykazywały złożone zjawiska obserwowane w regionie blisko horyzontu. W szczególności, znaczna część fizyki ekstrakcji energii elektrodynamicznej została przechwycona na potrzeby rotacji czarnych dziur.

Z drugiej zaś strony równań pola nie da się rozwiązać analitycznie. Dlatego też naukowcy opracowali techniki ekstrakcji właściwości rozpraszania cząstek z czarnej dziury nie wymagające rozwiązania analitycznego. Nowe podejście umożliwia oszacowanie zależności obserwabli na podstawie analitycznych właściwości rozwiązań.

Dzięki tym badaniom uczestnicy projektu FLUIDGRAVITY znaleźli się na początku trudnej, lecz obiecującej podróży. Ich rozwiązania są odpowiednie dla czasoprzestrzeni zakrzywionej, Wszechświat jest jednak dużo bardziej złożony. Następnie, wykorzystali oni związek między ogólną teorią względności i hydrodynamiką, aby zbadać zachowanie czarnych dziur w warunkach zaburzenia.

W wyniku trwających badań fizycy mogą dowiedzieć się więcej na temat wpływu turbulencji na czasoprzestrzeń czarnych dziur oraz zbadać, czy obserwowane są wirujące wiry grawitacyjne.