Čeští vědci matematicky popsali nový typ černé díry

9. ledna 2019

Skupině vědců z MFF UK a MÚ AV ČR se podařilo najít řešení tzv. kvadratické gravitace, které popisuje nový typ sférické černé díry. Výzkum byl publikován v prestižním časopise Physical Review Letters.

Formulování kvantové teorie gravitace je po mnoho dekád jednou z nejvíce fascinujících otevřených otázek teoretické fyziky. I přes značné úsilí zůstává tento problém ve své úplnosti stále nedořešen. Pro hlubší pochopení rysů budoucí plné teorie a alespoň částečné zahrnutí jejích některých kvantových aspektů se intenzivně studují různá rozšíření Einsteinovy teorie gravitace – obecné relativity. Mezi nejslibnější modifikované teorie patří tzv. kvadratická gravitace.

Čtyřčlenné skupině českých vědců z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a Matematického ústavu Akademie věd ČR se nyní podařilo nalézt explicitní řešení polních rovnic kvadratické gravitace, které popisuje sférickou černou díru. Odlišnost tohoto nového řešení od všeobecně známé Schwarzschildovy černé díry je řízena dodatečným geometrickým parametrem, který například ovlivňuje pohyby objektů obíhajících tuto hypotetickou černou díru a způsobuje tak potenciálně měřitelné odchylky od klasického modelu.

„V roce 2016 jsme nalezli nový matematický přístup k problému sférických černých děr. To nám umožnilo rovnice zásadním způsobem zjednodušit. Můžeme mluvit o početním průlomu: zatímco dříve byly rovnice pro svou složitost studovány zejména numerickými metodami na počítači, dnes je lze studovat jen s tužkou a papírem, což přináší kvalitativní skok ve formulaci problému. Nyní se nám podařilo tyto rovnice i vyřešit,“ říká Vojtěch Pravda z Matematického ústavu AV ČR (MÚ AV ČR). Na výzkumu se kromě něj podílela též Alena Pravdová (MÚ AV ČR) spolu s Jiřím Podolským a Robertem Švarcem (ÚTF MFF UK).

Obecně černé díry představují stěžejní teoretickou laboratoř pro výzkum klasických i kvantových aspektů gravitace jako je např. jejich vypařování v podobě Hawkingova záření a související termodynamické vlastnosti. V případě nově nalezeného černoděrového prostoročasu lze očekávat přínos k lepšímu pochopení různých aspektů kvadratických korekcí Einsteinovy teorie a jejich role v rámci budoucí plné teorie kvantové gravitace.

Zmíněný výzkum navazuje na nedávné numerické simulace vědců z Velké Británie, USA a Číny, které na možnost existence této černé díry poukázaly. Početního průlomu však dosáhli až čeští vědci a to díky novému matematickému přístupu k problému, který zásadním způsobem zjednodušil odpovídající rovnice gravitačního pole a umožnil tak studovat jejich řešení analytickými metodami. Výsledky tohoto výzkumu jsou postupně publikovány v sérii prací, z nichž jedna vyšla v prestižním časopise Physical Review Letters vydávaném Americkou fyzikální společností (APS).

Tisková zpráva AV ČR, Tisková zpráva ÚTF MFF UK