Ipoteză inedită în fizică - Găurile negre ar putea fi nişte pungi de energie întunecată
Doi fizicieni de la University of Hawaii din Manoa au lansat recent ipoteza că găurile negre ar putea să nu fie găurile negre descrise de manualele de fizică ci nişte obiecte cosmice bizare pline cu energie întunecată - misterioasa forţă despre care credem că guvernează extinderea accelerată a Universului - conform unui material publicat miercuri de Live Science.
Conform majorităţii covârşitoare a fizicienilor, găurile negre sunt nişte monştri gravitaţionali, locuri din spaţiu unde aglomerarea de materie este atât de mare într-un spaţiu atât de mic, încât gravitaţia generată absoarbe totul în jur, inclusiv lumina (de unde şi denumirea de gaură neagră). Dacă ne-am lansa spre interiorul unei găuri negre (ceva ce nu este recomandat, desigur) ar trebui, conform fizicii, să ajungem într-un loc deopotrivă infinit de mic şi infinit de dens, denumit singularitate, înconjurat de orizontul evenimentului, acea frontieră care odată depăşită face imposibilă ieşirea din gaura neagră, chiar şi pentru fotoni.
"Dacă găurile negre sunt de fapt obiecte fără singularitate, atunci expansiunea accelerată a Universului devine o consecinţă naturală a teoriei generale a relativităţii a lui Einstein" explică Kevin Croker, astrofizician la University of Hawaii din Manoa.
Croker şi colegul său au descris noua ipoteză într-un studiu publicat la sfârşitul lunii august în revista Astrophysical Journal. Dacă cei doi au dreptate şi singularitatea din inima găurii negre poate fi înlocuită de o acumulare de energie întunecată, răspunzătoare de extinderea Universului, atunci această ipoteză are potenţialul de a revoluţiona domeniul fizicii acestor obiecte ultradense.
Cei doi oameni de ştiinţă nu şi-au propus iniţial să descopere ce se află în interiorul unei găuri negre. Croker şi Joel Weiner, profesor emerit de matematică de la aceeaşi universitate, examinau ecuaţiile lui Friedmann, versiuni simplificate derivate din ecuaţiile relativităţii generale ale lui Einstein (relativitatea descrie modul în care masa şi energia curbează continuul spaţiu-timp).
Fizicienii folosesc ecuaţiile lui Friedmann pentru a descrie expansiunea Universului pentru că acestea sunt mai simple decât corpul de ecuaţii folosit de Einstein pentru a descrie relativitatea. Cei doi au descoperit că, pentru a respecta ecuaţiile lui Friedmann, regiunile izolate şi ultradense din spaţiu, aşa cum sunt găurile negre sau stelele neutronice, ar trebui să fie descrise prin aceaşi procedură matematică valabilă şi pentru toate celelalte regiuni ale Universului. Majoritatea cosmologilor sunt de părere că în interiorul unor structuri atât de dense şi de masive precum sunt găurile negre, legile fizicii încetează să mai existe şi, implicit, raportarea la ele nu are sens.
"Am demonstrat că există doar o singură cale pentru a construi aceste ecuaţii în mod corect. Iar dacă procedăm aşa, care de altfel este singurul mod corect de a proceda (dpdv matematic n.r.), descoperim nişte lucruri extrem de interesante", a susţinut Croker pentru Live Science.
Rezultatele celor doi sugerează că toată energia întunecată necesară pentru extinderea accelerată a Universului ar putea fi conţinută exclusiv în aceste obiecte ultradense pe care le numim găuri negre. Fundamentele acestei descoperiri sunt exclusiv matematice, fiind bazate pe interpretarea ecuaţiilor lui Friedmann.
Într-o lucrare ştiinţifică transmisă la 7 septembrie publicaţiei The Astrophysical Journal pentru a fi revizuită spre publicare în sistem peer-review, cei doi au făcut o prezentare a acestor alternative la găurile negre, obiecte pe care le-au denumit GEODE (Generic Objects of Dark Energy - obiecte generice din energie întunecată). GEODE-le pot contribui la explicarea observaţiilor privind undele gravitaţionale realizate în 2016.
Conform ecuaţiilor lui Friedmann, de-a lungul timpului, aceste obiecte cosmice ultradense cresc în greutate pur şi simplu din cauza expansiunii Universului, chiar dacă în apropierea lor nu există materie pe care să o poată consuma. La fel cum lumina care călătoreşte prin spaţiul care se extinde îşi pierde din energie (efect cunoscut drept deplasare spre roşu), materia pierde din greutate pe măsură ce spaţiul se extinde. Acest efect este de obicei atât de mic încât nu poate fi observat. Însă în aşa-numitele materiale relativiste - zone ultradense, în care presiunile interioare sunt enorme - acest efect devine observabil. Energia întunecată este un material relativist, iar presiunea sa acţionează în direcţia opusă materiei barionice (obişnuite). Astfel, obiectele formate din energie întunecată (aşa cum sunt ipoteticele GEODE), devin, în timp, din ce în ce mai grele.
"Lumina este ceva mai ciudat. Din multe puncte de vedere, se comportă contraintuitiv. Oamenii nu se aşteaptă să întâlnească acest comportament şi la alte obiecte", în acest caz la GEODE, conform lui Croker.
Existenţa GEODE-lor a fost propusă din punct de vedere teoretic încă din anii '60, însă posibilitatea existenţei acestor obiecte a fost demonstrată din punct de vedere matematic abia recent.
Astfel de obiecte pot oferi o explicaţie simplă pentru evenimente cosmice precum ciocnirea dintre găurile negre. În 2016, echipele care coordonează experimentul american LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) şi echivalentul său european VIRGO, au anunţat că au obţinut primele observaţii ale unei ciocniri dintre găuri negre, însă calcularea maselor celor două găuri negre a dat rezultate neaşteptate - oamenii de ştiinţă se aşteptau ca masele să fie ori mult mai mari, ori mult mai mici decât rezultatul acestor calcule.
Spre deosebire de găurile negre, care conform lui Hawking, îşi pierd din masă de-a lungul timpului (prin emiterea radiaţiei ce-i poartă numele savantului britanic), GEODE-le cresc în masă de-a lungul timpului. Două GEODE care s-au format în perioada de tinereţe a Universului şi au intrat în coliziune, până la momentul în care au intrat în coliziune au crescut mai mari decât găurile negre obişnuite. În acel moment, masele acestor GEODE corespundeau maselor intrate în coliziunea observată de experimentele LIGO şi VIRGO. Astfel, existenţa GEODE-lor (în locul găurilor negre) ar oferi o soluţie mai simplă pentru observaţiile derulate de cele două experimente asupra undelor gravitaţionale.AGERPRES
