Vi hade inte kunnat lösa Einsteins matematiska gåta på nästan ett sekel. En UAM-forskare har precis hittat lösningen

Albert Einsteins allmänna relativitetsteori är utan tvekan en av de mest formidabla intellektuella konstruktionerna i historien. Det har gjort det möjligt för oss att förutsäga allt från gravitationsvågor till förekomsten av svarta hål, men matematiken bakom är så djävulskt komplex att fysiker ofta måste göra analytiska "fusk" för att få ekvationerna att passa, vilket förenklar scenarierna.

Ett problem med en lösning. Hittills visste vi hur man matematiskt skulle beskriva ett roterande svart hål och vi visste också hur man beskriver ett expanderande universum. Det som verkade omöjligt i nästan 90 år var att förena båda sakerna i ett enda exakt mått.

Något som har lösts tack vare en spansk forskare.

Den saknade länken. Milstolpen har uppnåtts av Alejandro Peña Peña, en forskare vid Autonomous University of Madrid (UAM), och hans arbete har precis publicerats i den prestigefyllda tidskriften Physics Letters B. Vad Peña har uppnått är något som astrofysiker har strävat efter i decennier: en exakt lösning på Einsteins ekvationer nedsänkt i ett roterande massuniversum.

I Xataka har vi just upptäckt en sann kosmisk anomali: en "osynlig" galax utgjorde nästan 100 % av mörk materia.

En stor prestation. För att förstå omfattningen av prestationen måste man titta tillbaka, eftersom matematikern Roy Kerr 1963 hittade lösningen för ett roterande svart hål, men antog att universum runt honom var statiskt och tomt. Å andra sidan hade vi FLRW-modellen, som beskriver storskalig kosmologisk expansion, och McVittie-metriken, som lyckades passa in ett icke-roterande svart hål i ett expanderande universum.

Nyckelbiten saknades här: det realistiska (roterande) svarta hålet i det realistiska (expanderande) universum.

Lösningen. Den nya matematiska lösningen som utvecklats vid UAM är en triumf av teoretisk elegans eftersom den fungerar perfekt inom alla gränser: Om du tar bort expansionen från universum blir formeln exakt Kerrs lösning. Om du tar bort rotationen från det svarta hålet återställer du McVittie-metriken.

Om du rör dig tillräckligt långt bort från det svarta hålet, returnerar matematiken den rena geometrin hos ett expanderande universum (FLRW). I Xataka Under 2019 ökade en stjärna i det stora magellanska molnet sin ljusstyrka. Tack vare detta har vi ledtrådar om mörk materia.

Ett oväntat bakslag. Utöver den matematiska bedriften har den här artikeln direkta och mycket djupgående konsekvenser för hur vi förstår kosmos idag. Under de senaste åren har en fascinerande hypotes som kallas "kosmologisk koppling" fått stor genomslag.

Vissa teoretiker föreslog att svarta hål var kopplade till universums expansion, det vill säga när universum expanderade, växte svarta hål i massa utan att behöva uppsluka ny materia. Under denna teoretiska premiss kan svarta hål vara källan till den mystiska mörka energin som påskyndar utvidgningen av kosmos. Men detta arbete ger en realitet åt denna idé, eftersom Peñas slutsats när man tillämpar den nya exakta metriken indikerar att massan av det svarta hålet inte växer tillsammans med universums expansion.

En förändring. Den matematiska lösningen visar att det svarta hålet och den kosmiska expansionen, även om de samexisterar i samma rum-tidsramverk, inte matar varandra på det sättet. Detta försvagar avsevärt hypotesen att svarta hål är drivkrafterna för mörk energi, vilket tvingar kosmologin att fortsätta leta någon annanstans efter bovarna bakom accelererad expansion.

Bilder | Bolivia Intelligent i Xataka | Vi hade trott att mörk materia funnits i 50 år. En ny studie tror att vi hade fel Nyheten Vi hade inte kunnat lösa denna matematiska gåta av Einstein.