Οι μαύρες τρύπες είναι μερικά από τα πιο αινιγματικά αντικείμενα στο σύμπαν. Είναι ικανές να παραμορφώνουν τον χωροχρόνο γύρω τους τόσο βίαια που ούτε καν το φως δεν μπορεί να διαφύγει από την βαρυτική τους έλξη. Ωστόσο, φαίνεται πως πολλά από αυτά που γνωρίζουν οι επιστήμονες για αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα μπορεί να είναι λάθος.
Σύμφωνα με νέα έρευνα, που δημοσιεύτηκε τον Απρίλιο στο περιοδικό Physical Review D, οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να είναι εντελώς διαφορετικές ουράνιες οντότητες γνωστές ως άστρα βαρύτητας (gravastars).
«Τα άστρα βαρύτητας είναι υποθετικά αστρονομικά αντικείμενα που εισήχθησαν [το 2001] ως εναλλακτικές λύσεις στις μαύρες τρύπες», δήλωσε στο Live Science ο συν-συγγραφέας της μελέτης João Luís Rosa, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Gdańsk στην Πολωνία. «Μπορεί να ερμηνευτούν ως άστρα φτιαγμένα από ενέργεια κενού ή σκοτεινή ενέργεια: τον ίδιο τύπο ενέργειας που προωθεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος».
Μαύρες τρύπες: Τα gravastars δίνουν απάντηση στα παράδοξα
Ο Karl Schwarzschild, Γερμανός φυσικός και αστρονόμος, ήταν ο πρώτος που προέβλεψε την ύπαρξη μαύρων τρυπών το 1915, βασισμένος σε υπολογισμούς που χρησιμοποίησε τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein.
Με τα χρόνια, αστρονομικές παρατηρήσεις φαίνεται να επιβεβαιώνουν την ύπαρξη αντικειμένων που μοιάζουν με μαύρες τρύπες. Ωστόσο, η περιγραφή του Schwarzschild για αυτά τα ουράνια σώματα έχει ορισμένα μειονεκτήματα.
Συγκεκριμένα, προβλέπεται ότι το κέντρο μιας μαύρης τρύπας είναι ένα σημείο με άπειρα υψηλή πυκνότητα, που ονομάζεται ιδιομορφία, όπου συγκεντρώνεται όλη η μάζα της μαύρης τρύπας. Αλλά η θεμελιώδης φυσική μας διδάσκει ότι οι άπειρες τιμές δεν υπάρχουν, και η εμφάνισή τους σε οποιαδήποτε θεωρία σηματοδοτεί την ανακρίβειά της ή την μη-ολοκληρωμένη της μορφή.
«Αυτά τα προβλήματα δείχνουν ότι κάτι είναι είτε λάθος είτε ελλιπές στο μοντέλο της μαύρης τρύπας και ότι είναι απαραίτητη η ανάπτυξη εναλλακτικών μοντέλων», είπε ο Rosa. «Το gravastar είναι ένα από τα πολλά εναλλακτικά μοντέλα που προτείνονται. Το κύριο πλεονέκτημα των gravastars είναι ότι δεν έχουν ιδιομορφίες».
Στην φυσική, η ιδιομορφία ορίζεται ως ένα σημείο στο χωροχρόνο όπου η καμπυλότητα του γίνεται άπειρη, καθιστώντας αδύνατη την εφαρμογή των νόμων της φυσικής.
Η δημιουργία των gravastars
Άσχετα με τις κοινές μαύρες τρύπες, τα gravastars θα πρέπει να δημιουργούνται στο τελικό στάδιο της εξέλιξης των αστέρων με μεγάλη μάζα, όταν η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την θερμοπυρηνική καύση της ύλης στο εσωτερικό τους δεν επαρκεί πλέον για να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας, και το άστρο καταρρέει σε ένα πολύ πυκνότερο αντικείμενο. Αλλά σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, τα gravastars δεν αναμένεται να έχουν ιδιομορφίες και θεωρείται ότι είναι λεπτές σφαίρες ύλης των οποίων η σταθερότητα διατηρείται από την σκοτεινή ενέργεια που περιέχουν.
Για να διαπιστώσουν εάν τα gravastars αποτελούν βιώσιμες εναλλακτικές στις μαύρες τρύπες με ιδιομορφίες, ο João Luís Rosa και οι συνεργάτες του εξέτασαν την αλληλεπίδραση σωματιδίων και ακτινοβολίας με αυτά τα υποθετικά αντικείμενα.
Τι έδειξε η νέα μελέτη
Χρησιμοποιώντας τη θεωρία του Einstein, οι συγγραφείς εξέτασαν πώς θα έδειχναν οι τεράστιες μάζες καυτής ύλης που περιβάλλουν τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, εάν αυτές οι μαύρες τρύπες ήταν στην πραγματικότητα gravastars. Επίσης, εξέτασαν λεπτομερώς τις ιδιότητες των “θερμών σημείων” – γιγάντιων φυσαλίδων αερίου που περιφέρονται γύρω από μαύρες τρύπες σε ταχύτητες κοντά στο φως.
Τα ευρήματά τους αποκάλυψαν εντυπωσιακές ομοιότητες μεταξύ των εκπομπών ύλης των gravastars και των μαύρων τρυπών, υποδηλώνοντας ότι τα gravastars δεν έρχονται σε αντίθεση με τις πειραματικές παρατηρήσεις του σύμπαντος από τους επιστήμονες. Επιπλέον, η ομάδα ανακάλυψε ότι ένα gravastar από μόνο του θα πρέπει να μοιάζει σχεδόν με μια μαύρη τρύπα με ιδιομορφία, δημιουργώντας μια ορατή σκιά.
«Αυτή η σκιά δεν προκαλείται από την παγίδευση του φωτός στον ορίζοντα γεγονότων, αλλά από ένα ελαφρώς διαφορετικό φαινόμενο που ονομάζεται ‘βαρυτική ερυθρή μετατόπιση’, που κάνει το φως να χάνει ενέργεια όταν κινείται μέσα σε μια περιοχή με ισχυρό βαρυτικό πεδίο», ανέφερε ο Rosa. «Πράγματι, όταν το φως που εκπέμπεται από περιοχές κοντά σε αυτά τα εναλλακτικά αντικείμενα φτάσει στα τηλεσκόπιά μας, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς του θα είχε χαθεί λόγω του βαρυτικού πεδίου, προκαλώντας την εμφάνιση αυτής της σκιάς».
Οι εντυπωσιακές ομοιότητες μεταξύ του μοντέλου της μαύρης τρύπας του Schwarzschild και των gravastars επισημαίνουν την δυναμική των τελευταίων ως ρεαλιστική εναλλακτική, ελεύθερη από τα θεωρητικά αδιέξοδα των ιδιομορφιών.
Ωστόσο, αυτή η θεωρία χρειάζεται να υποστηριχθεί από πειράματα και παρατηρήσεις, τα οποία οι συγγραφείς της μελέτης πιστεύουν ότι μπορεί να πραγματοποιηθούν σύντομα. Ενώ τα gravastars και οι μαύρες τρύπες με ιδιομορφίες μπορεί να συμπεριφέρονται παρόμοια σε πολλά σημεία, οι λεπτές διαφορές στο εκπεμπόμενο φως θα μπορούσαν δυνητικά να τις διακρίνουν.
«Για να ελέγξουμε τα αποτελέσματά μας πειραματικά, βασιστήκαμε στην επόμενη γενιά πειραματικών παρατηρήσεων στη φυσική της βαρύτητας», δήλωσε ο Rosa, αναφερόμενος στο κυνήγι μαύρων τρυπών με το Event Horizon Telescope και το όργανο GRAVITY+ που προστίθεται στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή. «Αυτά τα δύο πειράματα αποσκοπούν στο να παρατηρήσουν από κοντά τι συμβαίνει κοντά στο κέντρο των γαλαξιών, συγκεκριμένα στον δικό μας Γαλαξία».