Οι μαύρες τρύπες μπορεί και να μην υπάρχουν καθόλου

ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ

Posted by Youmagazine Staff

Οι μαύρες τρύπες, έτσι όπως τις ξέρουμε, μπορεί να μην υπάρχουν καθόλου, υποστηρίζουν δύο επιστήμονες, εξηγώντας γιατί είναι κάτι άλλο.

Οι μαύρες τρύπες μπορεί να κρύβουν πυρήνες υπέρπυκνης σκοτεινής ενέργειας που κάνουν το σύμπαν να διαστέλλεται. Image: Supplied

ν

ΟΙ ΜΑΥΡΕΣ τρύπες μπορεί να είναι κάτι άλλο, πολύ διαφορετικό από αυτό που νομίζουμε, ισχυρίζονται δύο αστροφυσικοί σε εργασία τους που δημοσιεύτηκε στις 28 Αυγούστου 2019 στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal.

Πρόκειται για τους Κάβιν Κρόκερ (Kevin Croker), αστροφυσικό στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Μανόα της Χονολουλού, και Τζόελ Γουίνερ (Joel Weiner), επίτιμο καθηγητή των Μαθηματικών στο ίδιο πανεπιστήμιο.

Οι δύο επιστήμονες πιστεύουν ότι ορισμένες μαύρες τρύπες μπορεί να μην είναι καθόλου μαύρες τρύπες, αλλά περίεργα αντικείμενα γεμάτα από σκοτεινή ενέργεια ‒ τη μυστηριώδη δύναμη που πιστεύεται ότι ωθεί το σύμπαν στα όρια του, προκαλώντας την επέκτασή του με έναν συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό.

«Εάν δεχόμασταν ότι οι μαύρες τρύπες είναι αντικείμενα χωρίς βαρυτική μοναδικότητα, τότε η επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος είναι φυσική προέκταση της γενικής θεωρίας σχετικότητας του Αϊνστάιν», λέει ο Κέβιν Κρόκερ.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας είναι η θεωρία βαρύτητας που προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, και η οποία περιγράφει τη βαρυτική δύναμη μέσω των καμπυλώσεων του χωροχρόνου παρουσία μάζας.

Οι δύο επιστήμονες λένε ότι αν η βαρυτική ιδιαιτερότητα στην καρδιά μιας μαύρης τρύπας αντικατασταθεί από την παράξενη “σκοτεινή” ενέργεια που εκσφενδονίζει τα πάντα προς κάθε κατεύθυνση, αυτό μπορεί να φέρει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε αυτά τα υπέρπυκνα αντικείμενα.
ν

ν

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ

Αν αυτό ευσταθεί, τότε πιθανόν να έχουν δίκιο οι αστροφυσικοί που υποστηρίζουν ότι το σύμπαν γεννήθηκε από μια μαύρη τρύπα.

Το σύμπαν, δηλαδή, γεννήθηκε από σκοτεινή ύλη.

Τι είναι σκοτεινή ύλη; Το εκδηλωμένο σύμπαν, με όλα όσα περιέχει, έχει μια συγκεκριμένη έκταση και καταλαμβάνει έναν συγκεκριμένο χώρο. Σύμφωνα με τον χώρο που καταλαμβάνει, θα έπρεπε να έχει ας πούμε 100% ύλη. Το παράδοξο είναι ότι η ύλη αυτή απουσιάζει. Το σύμπαν έχει μόνο το 15,5% της ύλης και το υπόλοιπο 84,5% απουσιάζει. Το ποσό της ύλης που απουσιάζει αποκαλείται «σκοτεινή ύλη» και είναι ένα από τα μυστήρια του σύμπαντος.

Η σκοτεινή ύλη συνίσταται από υποθετικά σωματίδια ύλης, άγνωστης σύνθεσης, τα οποία δεν εκλύουν ούτε αντανακλούν επαρκώς Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία ώστε να μπορούν να γίνονται άμεσα ανιχνεύσιμα από τα γνωστά αστρονομικά όργανα παρατήρησης.

Από την πλευρά της, η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα υποθετικό είδος ενέργειας που εκτείνεται παντού στο σύμπαν και επιταχύνει τη διαστολή του.

Η σκοτεινή ενέργεια είναι η πιο αποδεκτή υπόθεση για να εξηγήσει παρατηρήσεις από το 1990 και έπειτα που δείχνουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Σύμφωνα με δεδομένα από το διαστημικό παρατηρητήριο Planck, και βασιζόμενοι στο Στάνταρτ Μοντέλο (Καθιερωμένο Πρότυπο) της φυσικής, η συνολική ύλη-ενέργεια του σύμπαντος φαίνεται να περιέχει 4,9% συνήθη ύλη, 26,8% σκοτεινή ύλη και 68,3% σκοτεινή ενέργεια.
ν

ν

Πώς όμως οι δύο επιστήμονες κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα ότι οι μαύρες τρύπες είναι γεμάτες από σκοτεινή ενέργεια;

Την αφορμή έδωσαν οι εξισώσεις του Friedmann (*), οι οποίες απλοποιούν τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. (Η σχετικότητα υποστηρίζει ότι η μάζα και η ενέργεια στρεβλώνουν τον χωροχρόνο).

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν τις εξισώσεις του Friedmann για να περιγράψουν στους μαθητές τους την διαστολή του σύμπαντος, εν μέρει επειδή το μάθημα είναι απλούστερο από το σώμα των εξισώσεων του Αϊνστάιν που περιγράφουν τη σχετικότητα και είναι πιο περίπλοκες.
ν

Classroom Aid – Friedmann’s Equation | David Butler
ν

ν

Οι Κρόκερ και Γουίνερ σκέφτηκαν να εφαρμόσουν τις εξισώσεις του Friedmann ακόμη και στις πιο παράδοξες και απομονωμένες περιοχές του χώρου, όπως τα άστρα νετρονίων και οι μαύρες τρύπες. Το έκαναν αυτό γιατί συνήθως οι κοσμολόγοι αφήνουν απ’ έξω τις εσωτερικές λεπτομέρειες των εξαιρετικά πυκνών και απομονωμένων περιοχών του σύμπαντος, όπως το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας.

Εφαρμόζοντας τις εξισώσεις του Friedmann στις μαύρες τρύπες, οι δύο επιστήμονες διαπίστωσαν ότι όλη η σκοτεινή ενέργεια που απαιτείται για την επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος θα μπορούσε κάλλιστα να περιέχεται στις μαύρες τρύπες!
ν

ΓΕΝΙΚΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (GEODE)

Σύμφωνα με τους δύο επιστήμονες η ονομασία «μαύρες τρύπες» θα πρέπει να αντικατασταθεί από τον όρο «γενικά αντικείμενα σκοτεινής ενέργειας» (Generic Objects of Dark Energy ‒ GEODE). Αυτό αναφέρουν σε μελέτη τους που υποβλήθηκε στο Astrophysical Journal και έγινε προδημοσίευση στις 7 Σεπτεμβρίου 2019 στο διαδικτυακό περιοδικό arXiv.

Τα μαθηματικά από τις εξισώσεις του Friedmann έδειξαν ότι με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα υπέρπυκνα αντικείμενα (οι πρώην μαύρες τρύπες) κερδίζουν βάρος απλά και μόνο λόγω της διαστολής του σύμπαντος, ακόμα και όταν δεν υπάρχει κοντινό υλικό για να καταναλώσουν.

Ακριβώς όπως το φως που ταξιδεύει μέσα από τον συνεχώς εκτεινόμενο χώρο χάνει ενέργεια ‒ένα φαινόμενο γνωστό ως redshift‒ έτσι και η ύλη χάνει επίσης το βάρος καθώς το διάστημα επεκτείνεται.

Στο συνηθισμένο κόσμο το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά ασήμαντο για να το παρατηρήσει κανείς αμέσως. Αλλά σε σώματα με εξαιρετικά πυκνή ύλη και πολύ ισχυρές πιέσεις στο εσωτερικό, γνωστό ως σχετικιστικό υλικό (relativistic material), το αποτέλεσμα γίνεται αισθητό. Η σκοτεινή ύλη είναι πολύ σχετικιστική και η πίεσή της αντιδρά σε σχέση με την κανονική ύλη και το φως ‒ έτσι τα αντικείμενα που κατασκευάζονται από αυτά (όπως τα υποθετικά GEODE) αυξάνουν το βάρος τους με την πάροδο του χρόνου.

«Το φως είναι πολύ παράξενο και από πολλές απόψεις συμπεριφέρεται αντίθετα απ’ ό,τι θα περίμενε κανείς», λέει ο Κρόκερ. «Κανείς δεν περίμενε ότι αυτή η αλλόκοτη συμπεριφορά θα μπορούσε να υπάρχει και σε άλλα αντικείμενα. Αλλά με την έρευνά μας δείξαμε ότι, ναι, μπορείτε να τη δείτε και σε ένα άλλο αντικείμενο, δηλαδή μέσα σε ένα GEODE.

Τα γενικά αντικείμενα σκοτεινής ενέργειας (GEODE) προτάθηκαν στη δεκαετία του 1960, αλλά τα μαθηματικά που τα υποστηρίζουν άρχισαν να αναπτύσσονται πρόσφατα. Δείχνουν όμως ότι αυτά τα περίεργα αντικείμενα θα μπορούσαν να παρέχουν μια απλή εξήγηση για τις παρατηρούμενες μεγάλες συγχωνεύσεις μαύρων οπών. Το 2016, τα μέλη της ομάδας Laser-Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)-Virgo ανακοίνωσαν ότι είχαν τις πρώτες παρατηρήσεις της συγχώνευσης δύο μαύρων οπών, αλλά οι υπολογιζόμενες μάζες των υποτιθέμενων μαύρων οπών ήταν απροσδόκητες ‒ οι επιστήμονες ανέμεναν ότι οι μάζες θα ήταν είτε πολύ υψηλότερες ή πολύ χαμηλότερες από τις τιμές που κατέγραψαν.

Αυτό που πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι τα GEODE, σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μαύρες τρύπες, αυξάνουν το βάρος τους με την πάροδο του χρόνου. Έτσι, δύο GEODE που σχηματίστηκαν στην αρχή του σύμπαντος είναι λογικό να περιμένουμε ότι θα συγκρουστούν, κάτι που δεν ισχύει με τις μαύρες τρύπες.

Ωστόσο, δεν είναι όλοι οι επιστήμονες πρόθυμοι να παρατήσουν τις μαύρες τρύπες και να υιοθετήσουν τα GEODE. «Είναι αντίθετα με την κατανόησή μας και δυσκολοχώνευτα» δήλωσε ο Vitor Cardoso, καθηγητής φυσικής στο Instituto Superior Técnico της Λισαβόνας. «Παρ’ όλα αυτά, μου αρέσει η ιδέα να υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις για τα αντικείμενα που ονομάζουμε μαύρες τρύπες».

_________________

(*) Ο Ρώσος φυσικός και μαθηματικός Αλεξάντερ Φρίντμαν (1888-1925) υπήρξε πρωτοπόρος της θεωρίας της διαστολής του σύμπαντος, αναπτύσσοντας ένα σύνολο εξισώσεων που είναι γνωστές ως εξισώσεις Friedmann.
ν

Do Black Holes Really Exist? | DCODE by Discovery
ν

ν

Δείτε επίσης:

Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων Μια μαύρη τρύπα που είναι αρχαιότερη από το σύμπαν! Οι μαύρες τρύπες οδηγούν σε άλλους κόσμους! Ξενάγηση στα μυστικά του σκοτεινού σύμπαντος (vid) Οι μαύρες τρύπες οδηγούν σε ένα άλλο σύμπαν (vid) “The Big Bang theory”: Αλήθεια ή μύθος; (βίντεο)