Ένα βραβείο Νόμπελ είναι η τελευταία απόδειξη ότι μια ιδέα που απορρίφθηκε από τον Αϊνστάιν το 1939 έχει γίνει ένα από τα πιο καυτά θέματα στη φυσική
Από τον Avi Loeb
Με τις μαύρες τρύπες, ισχύει ότι αυτό που βλέπετε δεν είναι αυτό που είναι. Ο δακτύλιος του φωτός που είναι ορατός γύρω από τη σιλουέτα μιας μαύρης τρύπας προέρχεται από μια ακτίνα περίπου 5GM/c2, όπου G είναι η σταθερά του Νεύτωνα, M είναι η μάζα της μαύρης τρύπας και c είναι η ταχύτητα του φωτός. Ο δακτύλιος αυτός είναι μεγαλύτερος από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μη περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας με συντελεστή 2,5 - ή έως και πέντε με την προσθήκη περιστροφής. Και έτσι, η αλήθεια στη διαφήμιση απαιτεί από εμένα να σας πω ότι το Τηλεσκόπιο Event Horizon δεν απεικόνισε στην πραγματικότητα τον ορίζοντα γεγονότων της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87, αλλά μάλλον το φως από πολύ πιο μακριά.
Για έναν μακρινό παρατηρητή, η διαφορά μεταξύ του δακτυλίου φωτός και του ορίζοντα γεγονότων είναι ακαδημαϊκή, αλλά για έναν αστροναύτη στο δρόμο προς τη μαύρη τρύπα, η διαφορά είναι υπαρξιακή. Η είσοδος στα απόλυτα τείχη της φυλακής που συνδέονται με τον ορίζοντα συνεπάγεται θανατική ποινή, χωρίς δυνατότητα ανταλλαγής εμπειριών με τον έξω κόσμο. Μετά από λιγότερο από μια ημέρα, το σώμα του αστροναύτη θα φτάσει στην μοναδικότητα (singularitie) και θα διαλυθεί από τις βαρυτικές παλιρροιακές δυνάμεις.
Το 1939, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έγραψε ενα paper στο Annals of Mathematics αμφιβάλλοντας ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες στη φύση. Τώρα πλέον, οι μαύρες τρύπες είναι στη μόδα - τόσο πολύ που το βραβείο Νόμπελ φυσικής του 2020 απονεμήθηκε σε τρεις επιστήμονες που τις έχουν μελετήσει. Αυτό μου έδωσε το λόγο να γιορτάσω, ως ιδρυτικός διευθυντής της πρωτοβουλίας Black Hole Initiative του Χάρβαρντ, η οποία συγκεντρώνει αστρονόμους, φυσικούς, μαθηματικούς και φιλόσοφους, όλοι τους αφιερωμένοι στην έρευνα για τις μαύρες τρύπες.
Ο Karl Schwarzschild θα χαιρόταν να συμμετάσχει στη γιορτή μας. Δυστυχώς, πέθανε στο γερμανικό-ρωσικό μέτωπο κατά τη διάρκεια του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου πριν από έναν αιώνα, μόλις μισό χρόνο μετά τη δημοσίευση της λύσης για τις μη περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες (nonspinning black hole) στις εξισώσεις του Αϊνστάιν.
Ένας από τους βραβευμένους του Νόμπελ φυσικής για το 2020, ο Roger Penrose, απέδειξε ότι οι μαύρες τρύπες είναι μια ισχυρή πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και εφευρέθηκε έτσι ένα νέο μαθηματικό εργαλείο για την απεικόνιση χωροχρόνων, που ονομάζονται διαγράμματα Penrose. Έδειξε επίσης ότι είναι δυνατό να εξαχθεί ενέργεια από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα σαν να ήταν σφόνδυλος, μέσω της λεγόμενης διαδικασίας Penrose. Η υπόθεση της κοσμικής λογοκρισίας (cosmic censorship hypothesis) προστατεύει την ικανότητά μας να κάνουμε προβλέψεις για το μέλλον του σύμπαντος από την παθολογία των μοναδικών χαρακτηριστικών της μαύρης τρύπας, όπου η καμπυλότητα του χωροχρόνου εκτινάσσεται και η θεωρία του Αϊνστάιν καταρρέει. Αυτή η εικασία ισχυρίζεται ότι όλες οι μοναδικότητες είναι κρυμμένες πίσω από έναν ορίζοντα γεγονότων, έτσι ώστε η ύλη που τους πλησιάζει να μην έχει αιτιώδη επίδραση σε αυτό που συμβαίνει έξω από τον ορίζοντα. Όπως λένε για το Λας Βέγκας, "whatever happens inside the horizon, stays inside the horizon." δηλαδή ό, τι συμβαίνει μέσα στον ορίζοντα, μένει μέσα στον ορίζοντα.
Όχι μόνο μέτρησαν τη μάζα της μαύρης τρύπας, αλλά εξέτασαν επίσης τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν. Τα αστέρια που ανακάλυψαν κινούνται σε δύο τροχιακά επίπεδα. Σε ένα νέο paper με το Giacomo Fragione, δείξαμε ότι η περιστροφή της μαύρης τρύπας πρέπει επομένως να είναι μικρή, αλλιώς θα "θολώσει" τα αυστηρά τροχιακά επίπεδα των αστεριών κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Οι ομάδες με επικεφαλής τους Reinhard Genzel και Andrea M. Ghez συμμετείχαν σε ενα έντονο ανταγωνισμό, ανεβάζοντας τις προσπάθειές τους σε μεγάλα ύψη. Ήταν μια υπέροχη επίδειξη για το πώς η αντιπαλότητα προάγει την καλή επιστήμη.
Ένα από τα αστέρια που εντοπίστηκαν από τους Genzel και την Ghez, με την ονομασία S2, ολοκληρώνει μια τροχιά γύρω από το γαλαξιακό κέντρο κάθε 16 χρόνια. Οι σχετικές συμβουλές που έδωσα στους μαθητές της αστρονομίας είναι να εστιάσουν το διδακτορικό τους πρόγραμμα σε μια πηγή όπως το S2 το οποίο εξελίσσεται σε κλίμακα χρόνου μιας ή δύο δεκαετιών, έτσι ώστε να συνεχίσουν να μαθαίνουν νέα πράγματα για την πηγή καθ' όλη τη διάρκεια της σταδιοδρομίας τους.
Εάν ζούσε ο Stephen Hawking, θα ήταν ένας άξιος υποψήφιος για το φετινό βραβείο Νόμπελ, καθώς το έργο του ήταν παράλληλο με αυτό του Penrose στην κλασική γενική σχετικότητα, με την προσθήκη της άποψης της κβαντικής μηχανικής για την εξάτμιση των μελανών οπών.
Οι μαύρες τρύπες είναι απλές και περίπλοκες ταυτόχρονα. Περιγράφονται με μάζα, φορτία, και περιστροφή (spin), αλλά όπως αναγνώρισε για πρώτη φορά ο Jacob Bekenstein, φέρουν μια τεράστια εντροπία. Θα ήταν αξιοσημείωτο να κάνετε ένα ταξίδι στην πλησιέστερη μαύρη τρύπα και να τη μελετήσετε από κοντά. Το ταξίδι θα ήταν πρακτικό σε όλη τη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής εάν υπάρχει μία στο ηλιακό μας σύστημα.
Παρόλο που οι μαύρες τρύπες είναι τα πιο σκοτεινά* αντικείμενα από μόνα τους, εμφανίζονται ως οι φωτεινότερες πηγές φωτός όταν ντυθούν με ένα κάλυμμα ύλης, καθιστώντας τα τέλεια σύμβολα του …Halloween. Οι εκροές από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες διαμορφώνουν την εξέλιξη ολόκληρων γαλαξιών. Τα κοσμικά αυτά τέρατα σταματούν να μεγαλώνουν μόνο επειδή γίνονται τόσο ενεργητικά που σπρώχνουν τα...φαγητά τους από το τραπέζι τους.
Κάποιος παίρνει πολύ περισσότερα από τις μαύρες τρύπες από ό, τι θα περίμενε κανείς με βάση το μικρό τους μέγεθος. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ποτέ δεν κουραζόμαστε να σκεφτόμαστε και να μιλάμε για αυτές...
*Με την έννοια σκοτεινό αναφερόμαστε σε ενα αντικείμενο ή μια κατάσταση την οποία δεν έχουμε εξηγήσει πλήρως
Πηγή: scientificamerican
