Μαύρες τρύπες: τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος

Πέρασαν σχεδόν 200 χρόνια από το 1783 που ο Βρετανός John Michell έλεγε ότι το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από τα αντικείμενα με πολύ μεγάλη μάζα μέχρι το 1971 που ανακαλύπτεται η πρώτη μαύρη τρύπα. Φτάσαμε στο 1915. Στο ενδιάμεσο ο Albert Einstein προβλέπει θεωρητικά την ύπαρξη μαύρων τρυπών με τη γενική σχετικότητα. Αλλά τι είναι οι μαύρες τρύπες; Οι μαύρες τρύπες μάλλον αποτελούν το μεγαλύτερο αίνιγμα στο σύμπαν. Αυτές οι απίστευτα πυκνές σφαίρες μάζας έχουν τόσο ισχυρή βαρυτική δύναμη που στρεβλώνει τόσο το χώρο όσο και το χρόνο και ρουφάνε στο κέντρο τους ό,τι βρίσκεται στον ορίζοντα των γεγονότων τους. Ενώ λοιπόν σήμερα είμαστε σίγουροι (όσο μπορούμε να είμαστε για κάτι που είναι αόρατο, δεδομένου ότι δεν εκπέμπουν φως) ότι υπάρχουν πράγματι, οι μαύρες τρύπες είναι ακόμα γεμάτες μυστικά. Δεν γνωρίζουμε πώς σχηματίζονται οι υπερμεγέθεις τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών, δεν ξέρουμε πώς σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη και η κατανόηση του τι τελικά συμβαίνει με την ύλη που ρουφάνε παρουσιάζει μεγάλες προκλήσεις στην κβαντική μηχανική.

Είναι πολλά τα εκατομμύρια Άρη

• 156 τετράκις εκατομμύρια μίλια (26.000 έτη φωτός): Η απόσταση της Γης από την πλησιέστερη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα (Τοξότης Α*) στο κέντρο του γαλαξία μας
• 318 πεντάκις εκατομμύρια μίλια (53 εκατομμύρια έτη φωτός): Η απόσταση της Γης από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα Messier 87*
• 2×10^30 κιλά: Η μάζα του Ήλιου
• 25 ηλιακές μάζες: Το ελάχιστο μέγεθος που πρέπει να έχει ένα αστέρι για να καταλήξει μαύρη τρύπα
• 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες: Το μέγεθος του Τοξότη A*
• 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες: Το μέγεθος του Messier 87*
• 40 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες: Το μέγεθος του Holmberg 15A*, η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που έχουμε παρατηρήσει
• Λίγες εκατοντάδες εκατομμύρια: Τόσες μαύρες τρύπες έχει μόνο ο γαλαξίας μας

Με βάση τις ενδείξεις, οι επιστήμονες μας λένε ότι οι μαύρες τρύπες υπάρχουν σε διάφορες ποικιλίες. Οι αστρικές μαύρες τρύπες που σχηματίζονται όταν πολύ μεγάλα αστέρια πεθαίνουν, δίνουν τεράστιες εκρήξεις (σουπερνόβα) και τελικά καταρρέουν στον εαυτό τους. Υπάρχουν και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων, αν όχι όλων, των γαλαξιών. Η προέλευσή τους είναι μυστηριώδης, αλλά θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα της ένωσης πολλών μικρότερων ή να έχουν σχέση με τη σκοτεινή ύλη. Οι ενδιάμεσες μαύρες τρύπες είναι ακριβώς αυτό που λέει και το όνομά τους: μεγαλύτερες από τις αστρικές και μικρότερες από τις υπερμεγέθεις. Οι αστρονόμοι θεωρούν επίσης ότι δημιουργήθηκε ένας ειδικός τύπος μαύρης τρύπας, μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang, στις περιοχές του σύμπαντος που ήταν πυκνότερες και θερμότερες. Αν και μέχρι σήμερα δεν αποκαλύφθηκε ποτέ μία −όπως αποκαλείται− «αρχέγονη μαύρη τρύπα», μια θεωρία υποστηρίζει ότι θα μπορούσαν να είναι η βάση ή ο σπόρος για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Όπως είπαμε, οι μαύρες τρύπες δεν είναι άμεσα παρατηρήσιμες − ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική έλξη τους, οπότε δεν μπορούμε να τις δούμε. Πριν λίγους μήνες, το τηλεσκόπιο Event Horizon ήταν σε θέση να καταγράψει την πρώτη εικόνα από τη σιλουέτα μιας μαύρης τρύπας. Το έκανε αυτό λαμβάνοντας φωτογραφίες από το φως να στρέφεται γύρω από το Messier 87*, μία από τις μεγαλύτερες γνωστές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Η εικόνα καταγράφηκε με τη χρήση μιας μεθόδου που ονομάζεται Very Long Baseline Interferometry (VLBI), η οποία χρησιμοποιεί μεγάλα τηλεσκόπια και ομάδες αστροφυσικών από όλο τον κόσμο. Η NASA χρησιμοποίησε αυτά τα δεδομένα για να φτιάξει ένα 3D μοντέλο το οποίο μοιάζει πολύ με τη μαύρη τρύπα της ταινίας Interstellar. Με αυτό το μοντέλο «βλέπεις τη μαύρη τρύπα από πολλές οπτικές γωνίες, είναι όπως όταν κοιτάζεις ένα τρισδιάστατο γλυπτό σε σχέση με μια δισδιάστατη φωτογραφία» λέει ο αστροφυσικός Jeremy Schnittman.

Η τεράστια βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας παγιδεύει για πάντα οτιδήποτε διασχίζει τον ορίζοντα της, λοιπόν. Αλλά μετά τι γίνεται; Ο Stephen Hawking υποστήριξε τη δεκαετία του 1970 ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να εξατμιστούν με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η εξάτμιση ονομάζεται «ακτινοβολία Hawking» και βάζει τεράστιες προκλήσεις αφού, με βάση τους γνωστούς κανόνες της φυσικής, στο κλειστό σύστημα του σύμπαντός μας η ενέργεια (άρα και η μάζα) δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να εξαφανιστεί, μπορεί μόνο να αλλάξει.

Αυτό είναι το περιβόητο παράδοξο της χαμένης πληροφορίας. Υπάρχουν κάποιες θεωρίες για την επίλυση αυτού του παράδοξου και το τελευταίο βιβλίο του Hawking αναφέρεται στη θεωρία του «soft hair». Βάσει αυτής τα φωτόνια στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας καταφέρνουν να αποθηκεύουν τις πληροφορίες για οτιδήποτε περνάει μέσα και χάνεται για πάντα. Μια άλλη θεωρία αναφέρει ότι υπάρχουν λευκές τρύπες που εκτοξεύουν πίσω όλες τις πληροφορίες. Άλλοι λένε ότι δεν υπάρχει «μέσα» σε μια μαύρη τρύπα αλλά μόνο ένα εξωτερικό κέλυφος που καίει τα πάντα και τα απελευθερώνει ως ακτινοβολία. Τελικά πάντως όλες οι θεωρίες για το τι κρύβει μια μαύρη τρύπα βάζουν μεγάλες προκλήσεις στη σημερινή κατανόηση τόσο της κβαντομηχανικής αλλά και της κλασικής φυσικής.

Με πληροφορίες από qz.com