Ανατροπή στις γνώσεις μας για τις μαύρες τρύπες

Οι μαύρες τρύπες είναι τα πιο αινιγματικά γνωστά αντικείμενα στο Σύμπαν. Μόνο οι αστέρες νετρονίων και οι αστέρες κουάρκ τολμούν να αμφισβητήσουν την εξέχουσα θέση τους. Οι γνώσεις μας δεν μας επιτρέπουν ακόμη να κατανοήσουμε όλα τα μυστικά τους, αλλά σιγά-σιγά οι κοσμολόγοι αποκαλύπτουν ορισμένα από τα μυστήριά τους, έτσι ώστε να έχουμε ήδη κάποιες απαντήσεις που μας βοηθούν να τις γνωρίσουμε λίγο καλύτερα.

Μπορούμε να ορίσουμε ως μαύρη τρύπα μια περιοχή πεπερασμένου χώρου, και, επομένως, με συγκεκριμένο μέγεθος, η οποία συγκεντρώνει στο εσωτερικό της αρκετή μάζα ώστε να είναι σε θέση να δημιουργήσει ένα βαρυτικό πεδίο τόσο έντονο που κανένα σωματίδιο δεν είναι σε θέση να διαφύγει από αυτήν. Ούτε καν τα φωτόνια, τα οποία είναι τα στοιχειώδη σωματίδια που μεταφέρουν το φως. Υπάρχουν διάφοροι τύποι μαύρων τρυπών, αλλά αυτές που γνωρίζουν καλύτερα οι αστροφυσικοί είναι οι κοσμικές, οι οποίες προέρχονται από την κατάρρευση αστέρων πολύ μεγάλης μάζας.

Η μάζα του άστρου καθορίζει πώς θα είναι το τέλος του. Οι λιγότερο μαζικές θα δώσουν νεφελώματα, στο κέντρο των οποίων θα παραμείνει ένας λευκός νάνος, δηλαδή ένα εκφυλισμένο άστρο που έχει εξαντλήσει όλα τα καύσιμά του και έχει μέγεθος πολύ μικρότερο από τον αρχικό του όγκο. Και τα αστέρια με τη μεγαλύτερη μάζα θα μετατραπούν σε αστέρια νετρονίων, κουάρκ ή, αν έχουν αρκετή μάζα, σε μαύρες τρύπες.

Το 1963, ο Νεοζηλανδός μαθηματικός και φυσικός Roy Kerr έκανε μια πολύ σημαντική συνεισφορά στη Θεωρητική Φυσική: βρήκε μια λύση για τις εξισώσεις πεδίου του Albert Einstein που περιγράφει με ακρίβεια μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Μέχρι τότε, το μόνο εργαλείο που είχαν οι Φυσικοί για να προσπαθήσουν να κατανοήσουν τις μαύρες τρύπες ήταν η λύση του Karl Schwarzschild, η οποία περιγράφει μια σφαιρική μαύρη τρύπα χωρίς την ικανότητα περιστροφής. Οι αστροφυσικοί σύντομα συνειδητοποίησαν ότι το μοντέλο του Kerr έχει μεγαλύτερη αξιοπιστία.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους η μετρική Kerr έχει γενικότερο χαρακτήρα και είναι πιο ρεαλιστική από τη λύση Schwarzschild. Ένας από αυτούς είναι ότι περιγράφει μια μαύρη τρύπα προικισμένη με έναν ορίζοντα γεγονότων, ο οποίος είναι η περιοχή του χώρου που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα, πέρα από την οποία κάθε αντικείμενο που τη διασχίζει θα πέσει αμετάκλητα στο εσωτερικό της χωρίς καμία δυνατότητα σωτηρίας. Επιπλέον, οι αστροφυσικοί έχουν παρατηρήσει ότι τα περισσότερα από τα αντικείμενα που μπορούμε να βρούμε στο Σύμπαν έχουν μια περιστροφική κίνηση επειδή διατηρούν τη στροφορμή από τη δημιουργία τους.

Αν τα αστέρια, οι πλανήτες, οι αστέρες νετρονίων ή οι γαλαξίες, μεταξύ άλλων κοσμικών αντικειμένων, περιστρέφονται, φαινόταν λογικό να υποθέσουμε ότι και οι μαύρες τρύπες θα έπρεπε να περιστρέφονται. Τα πάντα ταίριαζαν. Το έργο του Kerr είναι θεμελιώδες στον τομέα της αστροφυσικής, και χάρη σε αυτόν οι ερευνητές κατάφεραν να κατανοήσουν καλύτερα τη δυναμική των μαύρων οπών ή τη βαρυτική σχετικότητα, η οποία μελετά ρητά το πώς η βαρύτητα δρα στον χώρο, τον χρόνο, αλλά και πώς καθορίζει την κίνηση των σωμάτων.

Εκτός από όσα έχουμε δει μέχρι τώρα, η λύση του Kerr αναφέρει ότι ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι ο μοναδικός ορίζοντας μιας μαύρης τρύπας. Στο εσωτερικό της υπάρχει μια άλλη οριακή περιοχή, γνωστή ως ορίζοντας Cauchy, στην οποία η συμπεριφορά του συνεχούς χωροχρόνου γίνεται εντελώς απρόβλεπτη λόγω της παρουσίας μιας ιδιομορφίας. Στην τελευταία αυτή περιοχή η βαρυτική καμπυλότητα γίνεται άπειρη και οι νόμοι της Φυσικής όπως τους γνωρίζουμε δεν μπορούν να εφαρμοστούν.

Σε αυτό ακριβώς το σημείο μια ομάδα αστροφυσικών από την Ιταλία, την Τσεχία, τη Δανία και τη Νέα Ζηλανδία κατέληξε σε ένα αποτέλεσμα που έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία του Kerr. Στο άρθρο που δημοσίευσαν στο Physical Review Letters υποστηρίζουν ότι ο εσωτερικός ορίζοντας μιας μαύρης τρύπας δεν μπορεί να αποθηκεύσει άπειρη ποσότητα ενέργειας. Κάποια στιγμή κατά την εξέλιξη της μαύρης τρύπας η αποθηκευμένη ενέργεια θα φτάσει σε μια οριακή τιμή που θα την αποσταθεροποιήσει.

Αυτό είναι το πιο σημαντικό σημείο στο οποίο η νέα θεωρία που ανέπτυξε αυτή η διεθνής ομάδα αστροφυσικών αντιτίθεται στη λύση Kerr. Και έχει μια συνέπεια που δεν μπορούμε να παραβλέψουμε: οι μαύρες τρύπες που καταπίνουν την ύλη κατά τη διάρκεια της δραστηριότητάς τους δεν μπορούν να υπάρχουν αιώνια. Θα έρθει κάποια στιγμή που η ενέργεια που συσσωρεύεται στον εσωτερικό τους ορίζοντα θα τις αποσταθεροποιήσει. Το πρόβλημα είναι ότι η θεωρία αυτή έρχεται σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις, επειδή οι αστροφυσικοί έχουν εντοπίσει μαύρες τρύπες που καταβροχθίζουν ύλη, και, επομένως, με δίσκο προσαύξησης, με ηλικία δισεκατομμυρίων ετών. Μία από αυτές είναι, περιέργως, αυτή του κέντρου του γαλαξία Μ87, η οποία έχει ηλικία περίπου 13 δισεκατομμυρίων ετών.

[via]