Kan et sort hul dele sig i to?

To sorte huller kan kollidere og smelte sammen til ét. Men kan det modsatte ske: Kan ét sort hul dele sig i to mindre sorte huller? Det spørgsmål undersøges i et nyt teoretisk studie: “When Black Holes Admit Pair-of-pants Topologies”, der er publiceret i tidsskriftet Physical Review D. 

- I vores studie undersøger vi, hvilke fysiske love der normalt forhindrer et sort hul i at dele sig i to. Vi undersøger også, om der kan være særlige omstændigheder, hvor en deling alligevel kan ske, siger Francesco Sannino, medforfatter til studiet og professor i fysik ved Università degli Studi di Napoli Federico II i Italien og Quantum Field Theory Center på Syddansk Universitet.

De øvrige forfattere er Giacomo Cacciapaglia, der er Centre national de la recherche scientifique (CNRS)-forsker ved Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Énergies, et fælles laboratorium under CNRS og Sorbonne Université i Paris, samt Manuel Del Piano og Vania Vellucci, der begge er fra Quantum Field Theory Center.

Derfor kan sorte huller ikke normalt dele sig

Sorte huller deler sig normalt ikke. En vigtig forhindring kommer fra termodynamikken.

Et sort hul har det, fysikere kalder entropi. Kort fortalt er entropi et mål for, hvor mange forskellige mikroskopiske måder, et fysisk system kan være indrettet på og stadig se ens ud udefra. Hvis et almindeligt, ikke-roterende sort hul skulle dele sig i to mindre sorte huller, ville den samlede entropi falde. Ifølge termodynamikkens love taler det imod, at processen kan finde sted. 

Men situationen kan være anderledes for sorte huller, der roterer meget hurtigt.

Samme form som et par bukser

Forskerholdets beregninger viser, at hurtigt roterende sorte huller åbner en mulig vej for, at en deling kan finde sted.

- Men de to sorte huller, der opstår, skal også kunne bevæge sig væk fra hinanden i stedet for straks at falde sammen igen. Når vi tager det krav med i beregningerne, bliver mulighederne igen meget begrænsede - bortset fra muligvis sorte huller, der roterer tæt på den maksimalt mulige hastighed, siger Francesco Sannino.

Hvis sådan en deling skulle finde sted, ville det sorte huls ydre grænse, den såkaldte horisont, over tid få en form, der minder om et par bukser: Én del, der deler sig i to “ben”. Det forklarer studiets usædvanlige betegnelse “pair-of-pants topologies”.

Andre, mere eksotiske muligheder

Forfatterne undersøger også mere eksotiske muligheder. I teorier med ekstra dimensioner i rummet kender fysikerne allerede til objekter, som minder om sorte huller, og som kan blive ustabile og dele sig.

Under nogle af disse betingelser kan en deling blive såkaldt termodynamisk gunstig - især hvis det ene af de sorte huller, der dannes, er meget mindre end det andet. Men det er stadig ikke et bevis for, at opsplitningen rent faktisk vil finde sted.

- Vi kan endnu ikke angive én bestemt sandsynlighed for, at et sort hul deler sig. Det afhænger af, hvordan tyngdekraften opfører sig ud over Einsteins teori, og vi arbejder på at sætte tal på det. Vi forventer, at små primordiale sorte huller (sorte huller, der blev dannet kort efter Big Bang, red.) vil have større tilbøjelighed til at dele sig end langt større astrofysiske sorte huller. Måske vil vi kunne opdage en deling indirekte: Gammastråleteleskoper som Fermi-LAT kan lede efter signaler fra bittesmå fragmenter af sorte huller, som kan blive dannet under sammenstød, siger Francesco Sannino.