Ταξίδι στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας

Η θεωρία της Γενικής σχετικότητας μπορεί να περιγράψει τον τρόπο που ο χωροχρόνος καμπυλώνεται γύρω από ένα σώμα πολύ μεγάλης μάζας, όπως είναι μια μαύρη τρύπα. Η καμπύλωση του χωροχρόνου βασίζεται στον υπολογισμό μιας μαθηματικής ποσότητας, της μετρικής του χωροχρόνου. Οι δε εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας επιτρέπουν τον υπολογισμό αυτής της μετρικής.

Μόλις ένα μήνα μετά την δημοσίευση από τον Αϊνστάιν – στα τέλη του 1915 – της Γενικής Σχετικότητας, ο αστρονόμος Karl Schwarzschild χρησιμοποίησε τις σχετικές εξισώσεις για τον υπολογισμό της μετρικής του χωροχρόνου γύρω από ένα σφαιρικά συμμετρικό, μη περιστρεφόμενο μεγάλης μάζας σώμα χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. H λύση του Karl Schwarzschild περιγράφει, επίσης, και την καμπύλωση του χωροχρόνου γύρω από ένα σώμα που δεν επιτρέπει τη διαφυγή του φωτός, δηλαδή μιας μαύρης τρύπας. Μόνο το κέντρο της μαύρης τρύπας, το σημείο δηλαδή που η καμπύλωση του χωροχρόνου τείνει στο άπειρο, δεν είναι δυνατόν να περιγραφεί από τη μετρική του Schwarzschild. H σφαιρική επιφάνεια σε απόσταση από το κέντρο αριθμητικά ίση με το διπλάσιο της μάζας της μαύρης τρύπας ονομάζεται επιφάνεια Schwarzschild ή απλά ορίζοντας γεγονότων και καθορίζει την επιφάνεια από την οποία η ταχύτητα διαφυγής είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός.

Ταξίδι προς τις μαύρες τρύπες Schwarzschild
O ορίζοντας είναι μια νοητή επιφάνεια γύρω από μια μαύρη τρύπα που «επιτρέπει» την είσοδο οποιουδήποτε αντικειμένου ή ακτινοβολίας προς την ιδιομορφία ή μοναδικότητα (singularity) , το κέντρο δηλαδή της μαύρης τρύπας, όχι όμως και προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οτιδήποτε βρεθεί μέσα από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας δεν μπορεί να διαφύγει από τη βαρυτική της έλξη. Στο δε εσωτερικό του ορίζοντα η στρέβλωση του χωροχρόνου είναι τόσο έντονη που οι ρόλοι του χώρου και χρόνου αντιστρέφονται. H συντεταγμένη δηλαδή της απόστασης στις τρεις χωρικές διαστάσεις αναφέρεται πια σε χρόνο. Ένα αποτέλεσμα της παράξενης αυτής συμπεριφοράς του χωροχρόνου είναι πως οποιοδήποτε αντικείμενο βρεθεί μέσα στον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας, δεν μπορεί να αποφύγει τη μοναδικότητα της γιατί απλά βρίσκεται στο «μέλλον» του. Όπως . έρχεται η αυριανή ημέρα χωρίς να το θέλουμε, έτσι και το αντικείμενο δεν μπορεί να αποφύγει τη μοναδικότητα μιας μαύρης τρύπας, αν τύχει και βρεθεί στο εσωτερικό του ορίζοντα της.

Τι άραγε θα παρατηρούσε ένας αστροναύτης που θα έστρεφε το διαστημόπλοιο του
προς αυτήν ξεκινώντας από μεγάλη απόσταση και έχοντας τους κινητήρες του διαστημοπλοίου σβηστούς. Αρχικά, θα μετρούσε μηδενική βαρυτική δύναμη εφόσον βρίσκεται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης προς τη μαύρη τρύπα. Πρόκειται για την ίδια περίπτωση που χαρακτηρίζει την κατάσταση έλλειψης βαρύτητας των αστροναυτών σε τροχιά γύρω από τη Γη. H βαρυτική έλξη της Γης είναι προφανώς υπαρκτή αλλά ο αστροναύτης δεν τη νιώθει.


πατήστε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση

Ο αστροναύτης που «πέφτει» με το διαστημόπλοιο του προς μια μαύρη τρύπα καθώς πλησιάζει όλο και περισσότερο προς το κέντρο της, αρχίζει να αισθάνεται το αποτέλεσμα των παλιρροϊκών βαρυτικών δυνάμεων. Αυτές οφείλονται στο απλό γεγονός ότι τα πόδια του αστροναύτη βρίσκονται λίγο πιο κοντά στο κέντρο της μαύρης τρύπας σε σχέση με το κεφάλι του (εφόσον η πτώση είναι «κατακόρυφη») και για τον λόγο αυτό έλκονται κάπως πιο έντονα. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται στο βαρυτικό πεδίο οποιουδήποτε
αντικειμένου, αλλά για χαμηλή ένταση του βαρυτικού πεδίου, ακόμα και του Ήλιου, αυτό το φαινόμενο είναι σχεδόν αμελητέο. Για το βαρυτικό πεδίο όμως μιας μαύρης τρύπας το οποίο μεταβάλλεται πολύ έντονα με την απόσταση από το κέντρο της, οι παλιρροϊκές βαρυτικές δυνάμεις έχουν ως αποτέλεσμα τον «εφελκυσμό» του σώματος του παρατηρητή και όταν γίνουν πολύ ισχυρές, το σώμα του κυριολεκτικά ‘ξεσκίζεται’.

H απόσταση του ορίζοντα από το κέντρο της μαύρης τρύπας εξαρτάται από τη μάζα της. Αν ο αστροναύτης με το διαστημόπλοιό του πλησίαζε προς μία από τις γιγάντιες μαύρες τρύπες που πιστεύεται πως βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών με μάζα της τάξης των εκατομμυρίων ηλιακών μαζών, θα είχε αρχίσει να αισθάνεται τα αποτελέσματα των παλιρροϊκών δυνάμεων σε απόσταση περίπου 600.000 χιλιομέτρων από το κέντρο της. H απόσταση αυτή βρίσκεται μέσα στον ορίζοντα γεγονότων για μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα.

Αντίθετα, για την περίπτωση μιας μαύρης τρύπας με μάζα περίπου ίση με του Ήλιου, οι παλιρροϊκές δυνάμεις θα γίνονταν ιδιαίτερα αισθητές σε απόσταση μόνο 6.000 χλμ από το κέντρο της και το διαστημόπλοιο και ο αστροναύτης θα είχαν καταστραφεί από αυτές πολύ πριν τη διέλευση τους διαμέσου του ορίζοντα, ο οποίος για μια μικρή μαύρη τρύπα βρίσκεται πολύ κοντά στο κέντρο της.

Δηλαδή, ένας παρατηρητής που επισκέπτεται μια γιγάντια μαύρη τρύπα προλαβαίνει να διέλθει από τον ορίζοντα της και να κινηθεί μέχρι το σημείο που οι παλιρροϊκές δυνάμεις θα του δημιουργήσουν σοβαρά προβλήματα. Τι ακριβώς θα βλέπει τότε ο παρατηρητής;

Περιέργως όχι και κάτι το ιδιαίτερα συναρπαστικό. Οι εικόνες των απομακρυσμένων αντικειμένων θα παρουσιάζονται παράξενα αλλοιωμένες καθώς η βαρύτητα της μαύρης τρύπας προκαλεί την κάμψη του φωτός, αλλά τίποτα πέραν αυτού. Επιπλέον, δεν συμβαίνει κάτι το ιδιαίτερο τη στιγμή που ο παρατηρητής διασχίζει τον ορίζοντα. Το φως από τα αντικείμενα έξω από τον ορίζοντα μπορεί, προφανώς, να φτάσει στον παρατηρητή, κανείς όμως έξω από τον ορίζοντα δεν μπορεί να δει τον παρατηρητή καθώς το φως που εκπέμπεται από τον ίδιο δεν μπορεί να διαφύγει από τη μαύρη τρύπα.

O χρόνος του ταξιδιού του παρατηρητή προς το κέντρο της μαύρης τρύπας εξαρτάται από την αρχική του απόσταση από το κέντρο της. Υποθέτοντας ότι ο παρατηρητής ξεκινά από απόσταση δεκαπλάσια της ακτίνας της μαύρης τρύπας ή της απόστασης του ορίζοντα γεγονότων από το κέντρο της, και ότι η μάζα της είναι της τάξης του ενός εκατομμυρίου ηλιακών μαζών, το ταξίδι του μέχρι τον ορίζοντα θα διαρκέσει 8 περίπου λεπτά της ώρας. O χρόνος για την κάλυψη της απόστασης μεταξύ του ορίζοντα και της ιδιομορφίας της μαύρης τρύπας θα είναι μόλις επτά δευτερόλεπτα. Ακόμα και αν με κάποιον τρόπο ο παρατηρητής δεν έχει διαμελιστεί στο μεταξύ λόγω των παλιρροϊκών βαρυτικών δυνάμεων, θα βρεθεί στο σημείο όπου η ίδια η δομή του χωροχρόνου καταρρέει και που αναμφίβολα σηματοδοτεί και τον δικό του θάνατο καθώς οι δυνάμεις στρέβλωσης που θα ασκηθούν επάνω του απειρίζονται.

Οι χρονική αυτή κλίμακα εξαρτάται από το μέγεθος της μαύρης τρύπας και για τον λόγο αυτόν, αν ο παρατηρητής επισκεπτόταν μια μικρότερη μαύρη τρύπα, το χρονικό διάστημα από τον ορίζοντα μέχρι το τέλος του στην ιδιομορφία θα ήταν αντίστοιχα μικρότερο. Εφόσον ο παρατηρητής έχει περάσει τον ορίζοντα της μαύρης τρύπας, ό,τι και αν επιχειρήσει, για παράδειγμα χρήση των κινητήρων του διαστημοπλοίου του, δεν μπορεί να αποφύγει την συνάντηση του με την ιδιομορφία. H χρήση μάλιστα των κινητήρων του διαστημοπλοίου ή άλλων πηγών ενέργειας, μάλλον θα επιταχύνει παρά θα επιβραδύνει το τελευταίο αυτό στάδιο του ταξιδιού.

Πώς όμως φαίνεται το ταξίδι του παρατηρητή προς τη μαύρη τρύπα σε έναν δεύτερο παρατηρητή που βρίσκεται σε σταθερή (και αρκετά μεγάλη) απόσταση από αυτή; H ροή των γεγονότων παρουσιάζεται αρκετά διαφορετική: Καθώς ο πρώτος παρατηρητής πλησιάζει ολοένα και περισσότερο προς τον ορίζοντα, ο δεύτερος παρατηρητής τον βλέπει να κινείται όλο και πιο αργά. Ουσιαστικά όσο και να περιμένει ο δεύτερος παρατηρητής, δεν πρόκειται ποτέ να δει τον πρώτο να φτάνει στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας.

Με την ίδια λογική, ακόμα και το υλικό από το οποίο δημιουργήθηκε αρχικά η μαύρη τρύπα φαίνεται να συρρικνώνεται συνεχώς και να πλησιάζει αλλά ποτέ να μη φτάνει την ακτίνα Schwarzschild. Αυτός είναι και ο λόγος που αρχικά οι μαύρες τρύπες ονομάζονταν «παγωμένα άστρα» (frozen starts). Εμφανίζονται ως αντικείμενα, η εξέλιξη των οποίων φαίνεται να έχει παγώσει σε μέγεθος λίγο μεγαλύτερο από την ακτίνα Schwarzschild. Γιατί όμως να εμφανίζονται έτσι τα πράγματα στον δεύτερο παρατηρητή;

Αυτό μπορεί να το αντιληφθεί κανείς ως μια μορφή ‘οφθαλμαπάτης’. Δεν είναι πράγματι απαραίτητο ένα άπειρο χρονικό διάστημα για να διασχίσει ένας παρατηρητής τον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας. Καθώς όμως ο παρατηρητής ή το αντικείμενο ολοένα πλησιάζει τον ορίζοντα, το φως που εκπέμπει χρειάζεται όλο και περισσότερο χρόνο για να διαφύγει από το βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας και να φτάσει στη θέση του δεύτερου παρατηρητή. Ουσιαστικά, όταν ο πρώτος παρατηρητής βρίσκεται ακριβώς στον ορίζοντα, το φως του μόλις και μετά βίας μπορεί να διαφύγει από τη μαύρη τρύπα οπότε και χρειάζεται άπειρο χρόνο για να φτάσει στη θέση του δεύτερου παρατηρητή. O πρώτος παρατηρητής όμως θα έχει προ πολλού διασχίσει τον ορίζοντα και θα έχει φτάσει το τέλος του στον χώρο με την άπειρη καμπύλωση, την ιδιομορφία, ενώ ο δεύτερος θα εξακολουθεί να τον βλέπει μόλις έξω από τον ορίζοντα για πάντα.

Εκτός από την προσέγγιση της οφθαλμαπάτης, μπορεί κανείς να προσεγγίσει τη διαδικασία και με τον τρόπο που περιγράφει το παράδοξο των διδύμων της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Ουσιαστικά ο χρόνος ρέει πολύ πιο αργά κοντά στον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας σε σχέση με πιο απομακρυσμένα σημεία του διαστήματος. Έστω ένας παρατηρητής που ταξιδεύει με το διαστημόπλοιο του μέχρι ένα σημείο μόλις έξω από τον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας και καταφέρνει να παραμείνει εκεί για ένα χρονικό διάστημα. Εάν επιστρέψει στον δεύτερο παρατηρητή που όλο αυτό το χρονικό διάστημα βρισκόταν σε ασφαλέστερη απόσταση από τον ορίζοντα, θα διαπιστώσει πως το χρονικό διάστημα που έχει παρέλθει μακριά από την μαύρη τρύπα (στον δεύτερο παρατηρητή) ήταν κατά πολύ μεγαλύτερο. Ποια από τις δύο αυτές προσεγγίσεις είναι πιο σωστή; H απάντηση εξαρτάται από το σύστημα συντεταγμένων που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της μαύρης τρύπας.

Αξίζει να σημειωθεί πως όλα τα παραπάνω αποτελέσματα αναφέρονται στην απλούστερη δομή μιας μαύρης τρύπας, αυτής δηλαδή που χαρακτηρίζεται από μάζα, χωρίς ηλεκτρικό φορτίο ή στροφορμή, και απορρέουν από τη λύση Schwarzschild των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας.

Ταξίδι στις μαύρες τρύπες Kerr
Χρειάστηκαν 50 σχεδόν χρόνια μετά τις λύσεις Schwarzschild για να υπολογιστεί η μετρική του χωροχρόνου για μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Το 1963, ο Νεοζηλανδός μαθηματικός Roy Kerr ανακάλυψε μια τέτοια λύση προωθώντας τη μελέτη αντικειμένων που αναμένεται να υπάρχουν στο Σύμπαν.


Τα σχήματα επεξηγούν τη διαφορά μεταξύ μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας (δεξιά) και μιας που δεν περιστρέφεται (αριστερά). Και στις δύο εικόνες που βγήκαν από υπολογιστές, κοιτάζοντας από πάνω προς τα κάτω, ο κεντρικός σκοτεινός κύκλος αντιπροσωπεύει το σημείο της μη επιστροφής της μαύρης τρύπας, τον ορίζοντα γεγονότος. Τα περιβάλλοντα μπλε και λευκά δαχτυλίδια είναι καυτό αέριο που στρέφεται γύρω από και προς τη μαύρη τρύπα, σαν το νερό που φεύγει από μια μπανιέρα. Το πράσινο πλέγμα απεικονίζει τις συντεταγμένες του χωρόχρονου, που διαστρεβλώνεται λόγω της περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας στη δεξιά εικόνα.

Ο ρώσος Igor Novikov, διευθυντής του Κέντρου Θεωρητικής Αστροφυσικής στην Κοπεγχάγη, δουλεύει πάνω στην κβαντική βαρύτητα, όπου ακόμα δεν έχει μορφοποιηθεί κάποια καθολικά αποδεκτή θεωρία. Το κέντρο μιας μαύρης τρύπας, όπου η δομή του χωροχρόνου στρεβλώνεται τόσο πολύ ώστε να κατακερματίζεται σε «κβαντικές σταγόνες», εμπίπτει ακριβώς στην περιγραφή που θα μπορούσε να επιτύχει μια ολοκληρωμένη θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Ο Novikov έχει μελετήσει την εσωτερική δομή των μαύρων οπών σε μια προσπάθεια δημιουργίας της θεωρίας που θα περιγράφει πλήρως τη δομή του Σύμπαντος. Πριν πολλά χρόνια οι μελέτες του σχετικά με τον τρόπο που καταρρέουν οι γνωστοί νόμοι της Φυσικής στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, τον οδήγησαν στην άποψη ότι το ταξίδι προς το κέντρο της δεν είναι απαραίτητα τόσο καταστροφικό όσο πίστευε η επιστημονική κοινότητα μέχρι σήμερα.

O λόγος που η είσοδος σε μια μαύρη τρύπα σημαίνει σίγουρο θάνατο είναι οι τεράστιες παλιρροϊκές βαρυτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται όσο πλησιέστερα βρίσκεται ο παρατηρητής στην ιδιομορφία. H ύπαρξη όμως της «θανατηφόρας» αυτής ιδιομορφίας δεν σημαίνει απαραίτητα σίγουρη καταστροφή για κάθε είδος μαύρης τρύπας. Μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, όπως περιγράφεται από τη λύση Kerr των εξισώσεων του Αϊνστάιν, παρασύρει τον χωρόχρονο γύρω της σε μια μορφή δίνης, αλλάζοντας με τον τρόπο αυτό τη θεμελιακή του δομή. H εργασία του Kerr έδειξε πως το αποτέλεσμα της περιστροφής της μαύρης τρύπας είναι η δημιουργία ενός δεύτερου ορίζοντα μέσα στη μέχρι τότε γνωστή δομή της.

O Igor Novikov απέδειξε πως η παρουσία αυτού του δεύτερου ορίζοντα μπορεί να αλλάζει τις συνθήκες στο εσωτερικό μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας ώστε κάποιος ταξιδιώτης να μην αντιμετωπίσει τις ίδιες συνθήκες με αυτές που περιγράψαμε πιο πάνω. Σε μικρό χρονικό διάστημα μετά τη δημιουργία μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας, ο δεύτερος ορίζοντας αποτελεί απλώς μια ελαφρά αναδίπλωση του χωροχρόνου και η ακριβής του θέση εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της μαύρης τρύπας. Για τις ταχύτερα περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, ο δεύτερος ορίζοντας βρίσκεται στο μέσο της απόστασης ανάμεσα στον ορίζοντα και την ιδιομορφία.

Δεν παραμένει όμως έτσι για πάντα. Το ακραίο βαρυτικό πεδίο στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας προσδίδει τεράστια ενέργεια στις ακτινοβολίες και την ύλη που κινούνται προς την ιδιομορφία. H κολοσσιαία ενέργεια όλου αυτού του υλικού και ακτινοβολίας αλλάζει σταδιακά τη φύση του δεύτερου ορίζοντα μετατρέποντας τον σε μια βαθιά πτυχή του χωροχρόνου. H απαίτηση της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός στην περιοχή του δεύτερου ορίζοντα, επιταχύνει τη ροή του χρόνου με τέτοιο τρόπο ώστε να συγκεντρώνεται ενέργεια σε αυτή την περιοχή ακόμα και από γεγονότα που αναφέρονται στο μέλλον του Σύμπαντος. Αποτέλεσμα όλης αυτής της διαδικασίας είναι πως ο δεύτερος ορίζοντας της μαύρης τρύπας σύντομα μετατρέπεται σε μια δεύτερη ιδιομορφία, που συγκεντρώνει άπειρο ποσό ενέργειας σε πεπερασμένο χώρο.

Αυτή η μορφή ιδιομορφίας αναφέρεται στην Αστροφυσική ως ιδιομορφία πληθωρισμού μάζας (mass inflation singularity). Πρόκειται ακριβώς για την επίδραση αυτής της δεύτερης ιδιομορφίας που αυξάνει τις πιθανότητες να εξέλθει ο παρατηρητής ζωντανός από την είσοδο του στη μαύρη τρύπα.

O Novikov υποστηρίζει πως ο εσωτερικός (δεύτερος) ορίζοντας, απορροφά ενέργεια και υλικό, εκτός από αυτό που συγκεντρώνει η μαύρη τρύπα από το εξωτερικό της και από μελλοντικούς χρόνους, και από το εσωτερικό της επίσης. Ως αποτέλεσμα μιας συνεχώς αυξανόμενης βαρυτικής έλξης, η ακτίνα του εσωτερικού ορίζοντα συνεχώς μειώνεται μέχρις ότου απορροφήσει η μοναδικότητα πληθωρισμού μάζας την αρχική μοναδικότητα της μαύρης τρύπας. Το τελικό αποτέλεσμα, όπως δείχνουν οι υπολογισμοί του Novikov, είναι μια νέα μορφή πιο «ήμερης» μαύρης τρύπας που εγκυμονεί λιγότερους κινδύνους. Οι σχετικοί υπολογισμοί υποδηλώνουν πως οι παλιρροϊκές δυνάμεις γύρω από μια ιδιομορφία πληθωρισμού μάζας δεν διαρκούν αρκετά για να προκαλέσουν τον κατακερματισμό ενός αντικειμένου. Καθώς ο χωροχρόνος είναι τόσο στρεβλωμένος κοντά στη νέα αυτή ιδιομορφία, η προσέγγιση σε αυτήν είναι το πλέον σύντομο μέρος του ταξιδιού. Οι παλιρροϊκές δυνάμεις θα έχουν άπειρη ένταση αλλά η διάρκεια τους θα είναι εξαιρετικά μικρή, προσφέροντας μια ελπίδα επιβίωσης στον επίδοξο ταξιδιώτη.

H επιλογή της κατάλληλης μαύρης τρύπας ως προορισμός είναι πρωταρχικής σημασίας. Καταρχήν θα πρέπει να είναι περιστρεφόμενη. Θα πρέπει επίσης να είναι αρκετά μεγάλης ηλικίας ώστε να έχει προλάβει να δημιουργηθεί η δεύτερη μοναδικότητα. Τέλος θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη. Όσο μεγαλύτερη τόσο καλύτερα. O λόγος για την τελευταία συνθήκη έχει σχέση με τις παλιρροϊκές δυνάμεις. Κοντά στις μικρές μαύρες τρύπες που προέρχονται από τη βαρυτική κατάρρευση άστρων, οι παλιρροϊκές δυνάμεις είναι ιδιαίτερα ισχυρές και θα προκαλούσαν τον διαμελισμό του ταξιδιώτη πολύ πριν αυτός βρεθεί κοντά στην ιδιομορφία. Οι παλιρροϊκές δυνάμεις όμως εξαρτώνται από τη μάζα της μαύρης τρύπας και ελαττώνονται κατά ένα παράγοντα τέσσερα για κάθε διπλασιασμό της μάζας της. Για τη βελτίωση των πιθανοτήτων επιβίωσης του ταξιδιώτη συνιστάται η επίσκεψη σε μια γιγάντια μαύρη τρύπα με μάζα της τάξης των εκατοντάδων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Τα παλιρροϊκά φαινόμενα κοντά σε μια τέτοια υπερβαρέα μαύρη τρύπα είναι πολύ ασθενή και ο ταξιδιώτης ούτε που θα αντιλαμβανόταν ότι διέσχισε τον ορίζοντα.

Ευτυχώς τέτοια «τέρατα» υπάρχουν στο Σύμπαν. Πρόκειται για τις γιγάντιες μαύρες τρύπες που βρίσκονται στο κέντρο σχεδόν κάθε γαλαξία. Μολονότι ο τρόπος δημιουργίας τους δεν είναι απόλυτα κατανοητός, μία από αυτές θα αποτελούσε τον ιδανικό προορισμό του απίστευτου αυτού εξερευνητικού ταξιδιού. H τελική εμπειρία του ταξιδιώτη θα είναι η άφιξη του στη μοναδικότητα, όπου κανείς δεν μπορεί να γνωρίζει τι ακριβώς θα συμβεί.

Πολλοί ερευνητές πιστεύουν πως το κέντρο μιας μαύρης τρύπας δεν συρρικνώνεται στο «τίποτα» αλλά ότι από αυτό πηγάζει μια νέα περιοχή χωροχρόνου. Για παράδειγμα, ο Lee Smolin του Περιφερειακού Ινστιτούτου στο Οντάριο του Καναδά και γνωστή φυσιογνωμία του χώρου της κβαντικής βαρύτητας υποστηρίζει πως οι μαύρες τρύπες δημιουργούν σύμπαντα – βρέφη όπου οι θεμελιώδεις σταθερές της Φυσικής έχουν ελαφρά διαφορετικές τιμές σε σχέση με το γνωστό Σύμπαν. O Novikov υποστηρίζει πως οι ιδιομορφίες πληθωρισμού μάζας αποτελούν σημεία εισόδου για τέτοιες περιοχές. Εάν εισέλθει κανείς σε μια μαύρη τρύπα θα βρεθεί τελικά σε ένα διαφορετικό Σύμπαν. Άλλα σενάρια που υποστηρίζουν ερευνητές του χώρου όπως ο Amos Ori του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Χάιφα στο Ισραήλ, μιλούν για την έξοδο του ταξιδιώτη από μια μαύρη τρύπα στο γνωστό Σύμπαν αλλά σε εντελώς διαφορετικό σημείο του χωροχρόνου.

Φυσικά, υπάρχουν πολλές αντιρρήσεις και προβλήματα πέρα από την προφανή τεχνολογική ανάπτυξη που είναι αναγκαία για το ταξίδι μέχρι τη γειτονιά οποιαδήποτε μαύρης τρύπας που γνωρίζουμε σήμερα. Είναι όμως γεγονός πως αν και το ταξίδι σε μια μαύρη τρύπα βρίσκεται ακόμα στη σφαίρα του φανταστικού, δεν ακούγεται πια τόσο αδύνατο όσο στο παρελθόν.

Προσομοιώσεις του ταξιδιού
Τον Απρίλιο του 2009 οι Andrew Hamilton και Gavin Polhemus του πανεπιστημίου Boulder δημοσίευσαν ότι κατασκεύασαν έναν υπολογιστικό μοντέλο που βασίστηκε στις εξισώσεις της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας, που περιγράφει την βαρύτητα σαν μια παραμόρφωση του χωροχρόνου. Ακολουθούν τη μοίρα ενός φανταστικού παρατηρητή που βρίσκεται σε τροχιά η οποία παραμορφώνεται καθώς παρασύρεται από μια μαύρη τρύπα που έχει μάζα πέντε εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου και σχεδόν το ίδιο μέγεθος με την μαύρη τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία.

Καθώς ο παρατηρητής πλησιάζει, ένας σκοτεινός κύκλος ξεπροβάλλει από τον γαλαξία και περιέχει μια μαύρη τρύπα και τον ορίζοντα γεγονότων της, δηλαδή το σημείο εκείνο πέρα από το οποίο τίποτε δεν μπορεί να ξεφύγει από την έλξη της μαύρης τρύπας. Το φως από τα αστέρια που βρίσκονται κατευθείαν πίσω από την τρύπα καταπίνεται από τον ορίζοντα αυτόν, ενώ το φως από άλλα αστέρια καμπυλώνεται μερικώς από τη βαρυτική της έλξη, σχηματίζοντας μια εικόνα στρέβλωσης γύρω από την τρύπα.

Για τους μακρινούς παρατηρητές, ο ορίζοντας έχει το μέγεθος μια ακτίνας Schwartzschild (συχνά αναφέρεται και ως βαρυτική ακτίνα και είναι μια χαρακτηριστική ακτίνα που συνδέεται με κάθε μάζα. Είναι η ακτίνα για μια δεδομένη μάζα όπου, εάν αυτή η μάζα θα μπορούσε να συμπιεστεί για να χωρέσει στην ακτίνα αυτή, καμιά γνωστή δύναμη δε θα μπορούσε να τη σταματήσει στο να συνεχίζει να καταρρέει σε μια βαρυτική ιδιομορφία. Για την συγκεκριμένη τρύπα το μέγεθος αυτό αντιστοιχεί σε 15 εκατομμύρια χιλιόμετρα, αλλά καθώς κανείς πλησιάζει ο ορίζοντας φαίνεται να αποσύρεται. Ακόμα και όταν υπερβεί το κατώφλι της ακτίνας υπάρχει ακόμα ένα σημείο μπροστά από τον παρατηρητή όπου όλο το φως καταπίνεται, έτσι από την σκοπιά του ο παρατηρητής ποτέ δεν πλησιάζει τον ορίζοντα.

Οι Hamilton και Polhemus σχεδίασαν ένα κόκκινο πλέγμα στον ορίζοντα για να βοηθήσουν στην οπτικοποίησή του (καθώς ο ορίζοντας είναι σφαιρικός, οι δύο κύκλοι στο πλέγμα αντιπροσωπεύουν τον βόρειο και το νότιο πόλο από το κέντρο της μαύρης τρύπας). Καθώς ο παρατηρητής περνάει μια ακτίνα Schwartzschild, ένα άλλο τεχνητό οπτικό εφέ εμφανίζεται. Το λευκό πλέγμα που τον περικυκλώνει σηματοδοτεί το που οι μακρινοί παρατηρητές θα τοποθετούσαν τον ορίζοντα, δηλαδή είναι το σημείο εκείνο που άλλα άτομα που ακολουθούν τον πρώτο παρατηρητή θα έπεφταν επίσης μέσα στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας.

Η πιο παράξενη θέα είναι αυτή που θα δει ο παρατηρητής τις τελευταίες στιγμές της πορείας του. Καθώς πλησιάζει στο κέντρο της μαύρης τρύπας θα νιώσει τεράστιες παλιρροιακές δυνάμεις. Αν πέφτει πρώτα με τα πόδια, η βαρύτητα στο κεφάλι του θα είναι πολύ πιο ασθενής από αυτή που εφαρμόζεται στα πόδια του. Αυτό θα έκανε τον παρατηρητή να αποσυναρμολογηθεί και επίσης θα είχε κάποια επίδραση στο φως που θα τον περιέβαλλε. Το φως πάνω από το κεφάλι του θα τεντωνόταν και θα πλησίαζε την κόκκινη άκρη του φάσματος. Στο τέλος, από το κόκκινο θα προχωρούσε στην ανυπαρξία και έτσι ολόκληρη η θέα θα συμπυκνωνόταν σε έναν οριζόντιο δακτύλιο.


Στο video: Η κατάδυση σε μια μαύρη τρύπα, θα είναι ένα ταξίδι περιήγησης χωρίς επιστροφή στα αξιοθέατα της, γι αυτό και αυτή η προσομοίωση του Andrew Hamilton είναι μια ασφαλέστερη επιλογή για τους ταξιδιώτες.

physics4u

Δημοσίευση σχολίου

Παρακαλούμε σχολιασμούς επί της ουσίας.
Τα σχόλια σας δεν περνάν από έλεγχο γιατί πιστεύουμε ότι δεν θα θίγουν κάποιον προσωπικά με βρισιές και συκοφαντίες.
Τέτοιου είδους σχόλια δεν περνάν από έλεγχο, αλλά θα διαγράφονται μετά την δημοσίευση.
Παρακαλούμε να γράφετε σε πεζά και όχι κεφαλαία
-------------------------------------------------------------------------
Ο ΔΙΚΤΥΟΥΡΓΟΣ ουδεμία ευθύνη εκ του νόμου φέρει για τα άρθρα - αναρτήσεις που δημοσιεύονται και απηχούν τις απόψεις των συντακτών τους. Σε περίπτωση που θεωρείτε πως θίγεστε από κάποιο εξ αυτών ή ότι υπάρχει κάποιο σφάλμα, επικοινωνήστε μέσω, φόρμας επικοινωνίας.
Ευχαριστούμε

[blogger][disqus]

Φόρμα επικοινωνίας

Όνομα

Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο *

Μήνυμα *

Από το Blogger.
Javascript DisablePlease Enable Javascript To See All Widget