1963 年に、 数学者のロイ・カーは、現在回転しているブラック ホールと呼ばれるものの外の時空を正確に記述するアインシュタインの方程式の解を見つけました。 (この用語は、あと数年は造られないだろう。) 彼の功績からほぼ 60 年の間に、研究者たちは、これらのいわゆるカー ブラック ホールが安定であることを示そうと試みてきた。 それが何を意味するのか、説明した ジェレミー・セフテルソルボンヌ大学の数学者は、「カーのブラック ホールのように見えるものから始めて、それに少しの隆起を与えると、たとえば、それに重力波を投げかけることで」「あなたが期待することは、はるか未来のことです」と述べています。すべてが落ち着いて、再びカーのソリューションとまったく同じように見えるということです。」
逆の状況である数学的な不安定性は、「理論物理学者に深い難問を投げかけ、アインシュタインの重力理論を根本的なレベルで修正する必要性を示唆しただろう」と述べた. ティボー・ダムール、フランスの高等科学研究所の物理学者。
912ページで 紙 5 月 30 日にオンラインで投稿された、Szeftel、 エレナ・ジョルジ コロンビア大学と セルジュ・クライナーマン プリンストン大学の研究チームは、ゆっくりと回転するカー ブラック ホールが実際に安定であることを証明しました。 作品は数年にわたる努力の産物です。 証明全体—新しい研究で構成され、 800ページの紙 Klainerman と Szeftel による 2021 年の論文に加えて、さまざまな数学的ツールを確立した 3 つの背景論文を合わせて、合計で約 2,100 ページになります。
新しい結果は、「実際、一般相対性理論の数学的発展におけるマイルストーンを構成する」と述べた. デメトリオス・クリストドゥロウ、スイス連邦工科大学チューリッヒ校の数学者。
シントン・ヤウハーバード大学の名誉教授で、最近清華大学に移った彼も同様に賞賛し、1990 年代初頭以来、一般相対性理論のこの分野における「最初の大きなブレークスルー」であると証明を呼びました。 「これは非常に難しい問題です」と彼は言いました。 しかし、彼は、新しい論文はまだ査読を受けていないことを強調しました. しかし、彼は、出版が承認された2021年の論文を「完全でエキサイティング」と呼びました。
安定性の問題がこれほど長い間未解決のままであった理由の 1 つは、カーによって発見されたものなど、アインシュタインの方程式に対するほとんどの明示的な解が定常的であることである、と Giorgi は述べた。 「これらの式は、ただそこにあり、決して変化しないブラック ホールに適用されます。 それらは自然界で見られるブラックホールではありません。」 安定性を評価するために、研究者は以下を行う必要があります。 ブラックホールに小さな擾乱を与える 次に、時間が進むにつれて、これらのオブジェクトを記述するソリューションに何が起こるかを確認してください。
たとえば、音波がワイングラスに当たると想像してみてください。 ほとんどの場合、波がグラスを少し揺らし、システムが落ち着きます。 しかし、ガラスの共振周波数と正確に一致するピッチで大声で誰かが歌うと、ガラスが粉々になる可能性があります。 Giorgi、Klainerman、および Szeftel は、ブラック ホールに重力波が衝突したときに、同様の共鳴タイプの現象が発生する可能性があるかどうかを疑問に思いました。
彼らはいくつかの可能な結果を検討しました。 たとえば、重力波がカー ブラック ホールの事象の地平線を横切り、内部に入る可能性があります。 ブラック ホールの質量と回転はわずかに変更される可能性がありますが、オブジェクトはカーの方程式によって特徴付けられるブラック ホールのままです。 または、ワイングラスに遭遇した後にほとんどの音波が消散するのと同じように、重力波が消散する前にブラックホールの周りを渦巻く可能性があります.
または、それらが組み合わさって大混乱を引き起こす可能性があります。または、ジョルジが言うように、「神は何を知っているか」. 重力波は、ブラック ホールの事象の地平線の外に集まり、別の特異点が形成される程度までエネルギーを集中させる可能性があります。 ブラックホールの外側の時空はひどく歪められ、カーの解はもはや優勢ではなくなります。 これは、不安定性の劇的な兆候です。