Nova studija temeljena na teoriji struna sugerira neobično isparavanje crnih rupa.
Hawkingova radijacija
Stephen Hawking otkrio je da crne rupe mogu ispariti, no naše razumijevanje gravitacije i kvantne mehanike nije dovoljno duboko da bi opisali posljednje trenutke crne rupe. Ipak, nova istraživanja na bazi teorije struna sugeriraju što bi se moglo dogoditi s crnim rupama pred kraj njihovog vijeka – ostao bi svojevrsni grumen kojem bismo tehnički mogli pristupiti ili singularnost koja nije obavijena horizontom događaja.
U čistoj općoj teoriji relativnosti, bez ikakvih drugih modifikacija ili razmatranja druge fizike, postojanje crnih rupa bilo je kontinuirano. Međutim, 70-ih je Hawking koristeći kvantnu mehaniku istražio što se događa u blizini granice crne rupe poznate kao horizont događaja. Otkrio je da čudna interakcija između kvantnih polja našeg svemira i jednosmjerne barijere horizonta događaja omogućava bijeg energije iz crne rupe – tzv. Hawkingova radijacija. Sa svakim djelićem energije koji pobjegne, crna rupa gubi masu i skuplja se sve dok ne nestane.
Hawkingovo zračenje dovelo je do informacijskog paradoksa crne rupe. Sve informacije o materijalu koji pada u crnu rupu prelaze horizont događaja i ne vraćaju se, a Hawkingovo zračenje pak ne nosi nikakve informacije nakon što crna rupa nestane. Postavlja se pitanje, gdje su otišle sve te informacije? Informacijski paradoks crne rupe indikacija je da nam je promaklo nešto suštinsko. Moguće jest da ne razumijemo prirodu kvantnih informacija, gravitacije, horizonata događaja ili svo troje skupa. “Najlakši” pristup rješavanju informacijskog paradoksa crne rupe je razvoj nove teorije gravitacije koja nadilazi Einsteinovu opću relativnost.
Crne rupe ‘ubijale’ galaksije u ranom svemiru?
Teorija kvantne gravitacije
Opća relativnost ne funkcionira u središitima crnih rupa, dijelićima prostor-vremena poznatima kao singulariteti odnosno točke beskonačne gustoće. Kvantna teorija gravitacije jedini je način da precizno opišemo singularnost jer predviđa ponašanje gravitacije na izrazito malenim skalama. Međutim, zasad nemamo takvu teoriju. Problem je što ne možemo zaviriti iza horizonta događaja i promatrati singularnost direktno.
Proučavanje Hawkingovog zračenja možda bi nam moglo poslužiti kao prečac za razumijevanje neobične fizike koja se odvija unutar singularnosti. Isparavajući, crne rupe postaju sve manje i manje, dok im se istovremeno horizonti događaja približavaju singularitetu. Pred kraj ovog procesa, gravitacija postaje toliko jaka, a crna rupa toliko malena da ih ni ne možemo precizno opisati temeljem našeg trenutnog poznavanja fizike. No, ako bismo razvili novu teoriju gravitacije, možda bi mogli koristiti posljednje trenutke Hawkingovog zračenja za testiranje spomenute teorije. Postoji više koncepata kvantne gravitacije, a među glavnim kandidatima ističe se teorija struna. Za teoriju struna ne postoji rješenje, ali mogli bismo koristiti neke njene zaključke kako bismo izradili modificiranu opću relativnost.
Gola singularnosti
Modificirana teorija pomogla bi nam da ispitamo kako se gravitacija ponaša u blizini kvantne granice. Nedavno je jedan tim teoretičara upotrijebio sličnu teoriju, poznatu kao Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet gravitacija, za istraživanje krajnjih stanja isparavajućih crnih rupa. Modificirana opća relativnost kompleksna je jer zahtijeva rješavanje kompliciranih matematičkih problema te mnoštvo aproksimacija i nagađanja. Unatoč tome, istraživači su uspjeli skicirati što se događa tijekom gašenja crnih rupa. Jedna od ključnih postavki Einstein-dilaton-Gauss-Bonnetove gravitacije jest da crne rupe imaju minimalnu masu, što je omogućilo teoretičarima da proučavaju što se događa kada crna rupa koja isparava počne dosezati minimalnu masu.
U određenim varijantima, proces isparavanja ostavlja za sobom mikroskopski grumen bez horizonta događaja koji bismo u budućnosti potencijalno mogli prikupiti. Teoretski, ovaj grumen bi sadržavao sve informacije koje su završile u crnoj rupi, što bi ujedno riješilo i tzv. informacijski paradoks crne rupe. Ipak, postoji i mogućnost da crna rupa dosegne minimalnu masu, odbacivši pritom horizont događaja, ali zadržavajući singularnost. Takva ‘gola’ singularnost nije moguća u općoj teoriji relativnosti, ali, u slučaju da postoji, ona bi nam pružila neviđen pogled u kvantnu gravitaciju. Zasad, ne znamo je li Einstein-dilaton-Gauss-Bonnetova gravitacija korektan put prema kvantnoj gravitaciji, no čini se da nam pomaže u rasvijetljavanju jednog od najsloženijih procesa u svemiru, dajući nam određene smjernice kako ga objasniti.
Svemirski teleskop James Webb proučavat će kako je nastalo ‘sjeme’ prve crne rupe
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram
Izvori:
Ja sam Matija Klarić.
Student sam Ekonomskog fakulteta, a u slobodno se vrijeme bavim volonterstvom te istraživanjem, čitanjem i pisanjem o mojim omiljenim temama; svemiru, astronomiji, astrofizici i tehnologiji.
