Η Εβδομάδα της Μαύρης Τρύπας βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη και για να γιορτάσει, η NASA εξήγησε πώς το επόμενο μεγάλο αστρονομικό της όργανο, το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace, θα αναζητήσει μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που χρονολογούνται από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Όταν σκεφτόμαστε τις μαύρες τρύπες, συνήθως φανταζόμαστε γιγάντια κοσμικά τέρατα, όπως μαύρες τρύπες αστρικής μάζας με μάζα 10 έως 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Θα μπορούσαμε ακόμη να φανταστούμε ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες με εκατομμύρια (ή και δισεκατομμύρια) της μάζας του Ήλιου βρίσκονται στην καρδιά των γαλαξιών και κυριαρχούν στο περιβάλλον τους.
Ωστόσο, οι επιστήμονες υποθέτουν ότι το σύμπαν θα μπορούσε επίσης να κατοικείται από πολύ μικρότερης μάζας μαύρες τρύπες σχετικά με το φως των φτερών με μάζες της τάξης της Γης. Αυτές οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν ενδεχομένως να έχουν μάζα τόσο μικρή όσο αυτή ενός μεγάλου αστεροειδούς. Οι επιστήμονες πιστεύουν επίσης ότι τέτοιες μαύρες τρύπες υπήρχαν από την αρχή του χρόνου, περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
Αυτές οι μαύρες τρύπες, που εύστοχα ονομάστηκαν «αρχέγονες μαύρες τρύπες», παρέμειναν καθαρά θεωρητικές, αλλά η Roman, η οποία έχει προγραμματιστεί να εκτοξευθεί στα τέλη του 2026, θα μπορούσε να το αλλάξει αυτό.
Σχετικό: Οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που έχουν απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να είναι οι κύριοι ύποπτοι για τη σκοτεινή ύλη
«Η ανακάλυψη ενός πληθυσμού αρχέγονων μαύρων τρυπών με μάζα της Γης θα ήταν ένα απίστευτο βήμα τόσο για την αστρονομία όσο και για τη σωματιδιακή φυσική, καθώς αυτά τα αντικείμενα δεν μπορούν να σχηματιστούν με καμία γνωστή φυσική διαδικασία», λέει ο William DeRocco, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα. Ο Κρουζ, ο οποίος ηγήθηκε μιας ομάδας που μελέτησε πώς ο Ρόμαν ήταν σε θέση να ανιχνεύσει αυτές τις αρχαίες μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, είπε σε μια δήλωση: «Αν τις βρούμε, θα ταρακουνήσει το πεδίο της θεωρητικής φυσικής».
Όταν πρόκειται για ορίζοντες γεγονότων, η μάζα έχει σημασία
Οι μικρότερες μαύρες τρύπες που έχουν επιβεβαιωθεί ποτέ ότι υπάρχουν είναι μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, οι οποίες σχηματίζονται όταν τα τεράστια αστέρια τελειώνουν από καύσιμα για πυρηνική σύντηξη στους πυρήνες τους. Μόλις σταματήσει αυτή η σύντηξη, αυτά τα αστέρια καταρρέουν υπό την επίδραση της δικής τους βαρύτητας. Συνήθως, η ελάχιστη μάζα που απαιτείται για να αφήσει ένα αστέρι πίσω του μια μαύρη τρύπα αστρικής μάζας είναι οκτώ φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου – οποιαδήποτε ελαφρύτερη μάζα και ένα αστέρι θα τερματίσει τη ζωή του ως αστέρι νετρονίων ή ως λευκός νάνος που σιγοκαίει.
Ωστόσο, οι συνθήκες στο σύμπαν στην αρχή ήταν εντελώς διαφορετικές από ό,τι στη σύγχρονη εποχή. Όταν το σύμπαν βρισκόταν σε μια καυτή, πυκνή και ταραχώδη κατάσταση, μπορεί να είχε προκαλέσει πολύ μικρότερες συλλογές ύλης να καταρρεύσουν και να σχηματίσουν μαύρες τρύπες.
Όλες οι μαύρες τρύπες «ξεκινούν» σε ένα εξωτερικό όριο που ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων», το σημείο πέρα από το οποίο ούτε καν το φως μπορεί να ξεφύγει από τις βαρυτικές τους επιρροές. Η απόσταση ενός ορίζοντα γεγονότων από την κεντρική ιδιομορφία της μαύρης τρύπας, το απείρως πυκνό σημείο όπου όλοι οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν, καθορίζεται από τη μάζα της μαύρης τρύπας.
Δηλαδή, ενώ ο ορίζοντας γεγονότων της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας M87*, η οποία έχει μάζα περίπου 2,4 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, έχει διάμετρο περίπου 15,4 δισεκατομμύρια μίλια (24,8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα), έχει μια μαύρη τρύπα αστρικής μάζας με διάμετρο περίπου 24,8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα Η μάζα των 30 ήλιων θα είχε έναν ορίζοντα γεγονότων μόνο περίπου 110 μίλια πλάτος (177 χιλιόμετρα πλάτος). Μια πρωτότυπη μαύρη τρύπα με τη μάζα της Γης, από την άλλη πλευρά, θα είχε έναν ορίζοντα γεγονότων όχι μεγαλύτερο από μια δεκάρα. Μια πρωτότυπη μαύρη τρύπα με τη μάζα ενός αστεροειδούς θα είχε έναν ορίζοντα γεγονότων πλάτους μικρότερο από ένα πρωτόνιο.
Οι επιστήμονες που υποστηρίζουν την έννοια των αρχέγονων μαύρων τρυπών πιστεύουν ότι θα είχαν σχηματιστεί όταν το σύμπαν περνούσε από μια αρχική πληθωριστική φάση που ονομάσαμε Big Bang. Καθώς το σύμπαν έτρεχε με ταχύτητες μεγαλύτερες από το φως (αυτό είναι δυνατό γιατί αν και τίποτα δεν μπορεί να κινηθεί πιο γρήγορα από το φως στο διάστημα, το ίδιο το διάστημα μπορεί), οι επιστήμονες υποπτεύονται ότι περιοχές πυκνότερες από το περιβάλλον τους μπορεί να έχουν καταρρεύσει για να δημιουργήσουν μαύρες τρύπες χαμηλής μάζας.
Ωστόσο, πολλοί ερευνητές δεν υποστηρίζουν την έννοια της ύπαρξης αρχέγονων μαύρων οπών στο σημερινό σύμπαν, και αυτό οφείλεται στον Stephen Hawking.
Οι μαύρες τρύπες πεθαίνουν;
Μια από τις πιο επαναστατικές θεωρίες του Στίβεν Χόκινγκ ήταν ότι ούτε οι μαύρες τρύπες μπορούν να διαρκέσουν για πάντα. Ο μεγάλος φυσικός πίστευε ότι οι μαύρες τρύπες «εκπέμπουν» μια μορφή θερμικής ακτινοβολίας, μια έννοια που αργότερα ονομάστηκε «ακτινοβολία Χόκινγκ» προς τιμήν του.
Όταν οι μαύρες τρύπες διαρρέουν ακτινοβολία Hawking, χάνουν μάζα και τελικά εκρήγνυνται. Όσο μικρότερη είναι η μάζα μιας μαύρης τρύπας, τόσο πιο γρήγορα θα πρέπει να εκπέμπει ακτινοβολία Hawking. Αυτό σημαίνει ότι για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αυτή η διαδικασία θα διαρκούσε περισσότερο από τη διάρκεια ζωής του σύμπαντος. Αλλά οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θα αναδύονταν πολύ πιο γρήγορα και ως εκ τούτου θα έπρεπε να πεθάνουν πολύ πιο γρήγορα.
Ως εκ τούτου, είναι μια πρόκληση να εξηγήσουμε πώς οι αρχαίες μαύρες τρύπες ήταν σε θέση να υπάρχουν για 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς να «αποτύχουν». Εάν ο Ρωμανός κατόρθωνε να ανακαλύψει αυτά τα κοσμικά απολιθώματα, θα ήταν μια θεμελιώδης επανεξέταση πολλών αρχών της φυσικής.
«Θα επηρέαζε τα πάντα, από τον σχηματισμό γαλαξιών μέχρι το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν μέχρι την κοσμική ιστορία», δήλωσε στη δήλωση ο Kailash Sahu, αστρονόμος στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Η επιβεβαίωση της ταυτότητάς τους θα είναι σκληρή δουλειά και οι αστρονόμοι θα χρειαστούν πολλά πειστικά, αλλά θα άξιζε τον κόπο».
Η ανακάλυψη αρχέγονων μαύρων οπών δεν θα ήταν επίσης εύκολη υπόθεση. Όπως κάθε μαύρη τρύπα, αυτές οι κοιλότητες θα οριοθετούνται από έναν ορίζοντα γεγονότων και δεν θα εκπέμπουν ούτε θα αντανακλούν φως. Αυτό σημαίνει ότι ο μόνος τρόπος για να τα ανακαλύψουμε θα ήταν να χρησιμοποιήσουμε μια αρχή που αναπτύχθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915 στη θεωρία του για τη βαρύτητα που ονομάζεται γενική σχετικότητα.
Συνεργασία με τον Αϊνστάιν
Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι όλα τα αντικείμενα με μάζα προκαλούν μια καμπυλότητα στον ίδιο τον ιστό του χώρου και του χρόνου, τα οποία συνδυάζονται σε μια ενιαία τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Όταν το φως από μια πηγή φόντου περνά μέσα από την αλυσίδα, η διαδρομή του είναι καμπύλη. Όσο πιο κοντά περνά το φως από ένα αντικείμενο με φακό, τόσο πιο κυρτή είναι η διαδρομή του. Αυτό σημαίνει ότι το φως από το ίδιο αντικείμενο μπορεί να φτάσει στο τηλεσκόπιο σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Αυτό ονομάζεται βαρυτικός φακός.
Εάν το αντικείμενο με το φακό είναι απίστευτα τεράστιο, όπως ένας γαλαξίας, η πηγή φόντου μπορεί να φαίνεται ότι μετατοπίζεται σε μια εμφανή θέση ή ακόμη και να εμφανίζεται σε πολλές θέσεις στην ίδια εικόνα. Εάν το αντικείμενο φακού έχει μικρότερη μάζα, όπως μια αρχέγονη μαύρη τρύπα, το φαινόμενο του φακού θα είναι μικρότερο αλλά μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη φωτεινότητα των ανιχνεύσιμων πηγών φόντου. Αυτό είναι ένα φαινόμενο που ονομάζεται μικροφακός.
Ο μικροφακισμός χρησιμοποιείται επί του παρόντος με μεγάλη αποτελεσματικότητα για την ανίχνευση αδίστακτων πλανητών ή κόσμων που παρασύρονται στον Γαλαξία μας χωρίς γονικό αστέρι. Ανακαλύφθηκε ένας μεγάλος πληθυσμός απατεώνων, περίπου η μάζα της Γης – κάτι παραπάνω από θεωρητικό. Τα μοντέλα στην πραγματικότητα το προβλέπουν. Με αυτό το μοτίβο, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι ο Ρόμαν θα δεκαπλασιάσει τις ανακαλύψεις κακοποιών της γης.
Η αφθονία αυτών των αντικειμένων έχει οδηγήσει σε εικασίες ότι ορισμένα από αυτά τα αντικείμενα με μάζα της Γης μπορεί στην πραγματικότητα να είναι αρχαίες μαύρες τρύπες. «Δεν υπάρχει τρόπος να γίνει διάκριση μεταξύ των μαύρων τρυπών της γης και των απατεώνων πλανητών κατά περίπτωση», είπε ο DeRocco. «Ο Ρόμαν θα είναι πολύ καλός στο να ξεχωρίζει τα δύο στατιστικά».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
– Το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman θα «τυλίξει» το σύμπαν. Να πώς
– Δείτε πώς το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA θα αναζητήσει μοναχικές μαύρες τρύπες και μακρινούς εξωπλανήτες
– Το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace της NASA θα επιταχύνει το κυνήγι εξωπλανητών για να παραμορφώσει την ταχύτητα
“Αυτό είναι ένα συναρπαστικό παράδειγμα του τι θα μπορούσαν να κάνουν πρόσθετοι επιστήμονες με δεδομένα που λαμβάνει ήδη ο Roman από την αναζήτηση πλανητών”, είπε ο Sahu. «Και τα αποτελέσματα είναι ενδιαφέροντα ανεξάρτητα από το αν οι επιστήμονες βρίσκουν στοιχεία ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες με τη μάζα της Γης ή όχι. Και στις δύο περιπτώσεις, θα ενίσχυε την κατανόησή μας για το σύμπαν».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε τον Ιανουάριο στο περιοδικό Physical Review D.