Černé díry možná neexistují, ale fuzzbally ano, naznačuje divoká teorie

Černé díry jsou zdaleka nejzáhadnějšími objekty ve vesmíru. Jsou to objekty ve vesmíru, u nichž se všechny naše znalosti fyziky zcela hroutí.

A přesto navzdory své zdánlivé nemožnosti existují. Ale co když tato gravitační monstra vůbec nejsou černé díry, ale spíše vesmírný ekvivalent chlupatých, vibrujících klubek provázků?

Nový výzkum naznačuje, že by to tak mohlo být a že díky nadcházejícím pozorováním je možná budeme moci skutečně spatřit.

Související: Největší objevy černých děr

Problém černých děr

Černé díry se objevují v Einsteinově obecné teorii relativity a podle všech práv by prostě neměly existovat. V této teorii platí, že pokud se shluk hmoty smrskne do dostatečně malého objemu, pak se gravitace může stát ohromně silnou. Tato šílená gravitační komprese může překonat jakoukoli z ostatních čtyř základních přírodních sil – například silnou jadernou sílu, která drží tento shluk hmoty pohromadě. Jakmile je dosaženo určité kritické hranice, chuchvalec hmoty se prostě stlačuje a stlačuje a stlačuje se až do nekonečně malého bodu.

Tento nekonečně malý bod se nazývá singularita a je obklopen plochou známou jako horizont událostí – místem, kde vnitřní gravitační přitažlivost překračuje rychlost světla.

Jistě, nic takového jako nekonečně malý bod neexistuje, takže tento obrázek se zdá být nesprávný. V polovině 20. století však astronomové začali nacházet objekty, které vypadají jako černé díry, chovají se jako černé díry a pravděpodobně také jako černé díry páchnou. Navzdory jejich nemožnosti tam byly, vznášely se vesmírem.

A to není jediný problém. V roce 1976 si fyzik Stephen Hawking uvědomil, že černé díry nejsou úplně černé. Díky podivnostem kvantové mechaniky se černé díry pomalu vypařují. To vedlo k paradoxu: Všechny informace, které do černé díry spadnou, se v ní uzamknou. Hawkingovo záření však tyto informace neodnáší (alespoň pokud tomu rozumíme). Když se tedy černá díra nakonec vypaří, co se stane se všemi těmito informacemi?

Související: V průběhu desetiletí se teoretičtí fyzici usilovně snažili najít něco – cokoliv – co by vysvětlilo černé díry. Něco, co by vysvětlilo informační paradox, a něco, co by singularitu nahradilo fungující matematikou.

Mezi těmito teoretiky jsou i ti, kteří pracují na teorii strun, což je model vesmíru, který nahrazuje všechny částice a síly, které máte rádi, subatomárními, vibrujícími strunami. V teorii strun jsou tyto struny základními složkami hmoty ve vesmíru, ale nemůžeme je vidět jako struny, protože jsou tak malé. Jo, a aby matematika teorie strun fungovala, musí existovat další rozměry – všechny maličké nějaké stočené na sebe do subatomárních měřítek, takže je také nevidíme.

Teorie strun tvrdí, že je teorií všeho, že dokáže vysvětlit každý druh částic, každý druh sil a v podstatě všechno ve vesmíru (a pro úplnost i celý vesmír jako takový).

Teorie strun by tedy měla být schopna vysvětlit nevysvětlitelné: měla by být schopna nahradit černé díry něčím méně děsivým.

A skutečně, teoretici strun navrhli méně děsivou náhradu černých děr. Říká se jim fuzzballs.

Rozplétání příze

V teorii strun nejsou černé díry ani černé, ani díry. Místo toho je nejlepší metaforou pro vysvětlení, co je to fuzzball, podívat se na jiný kompaktní a podivný objekt ve vesmíru: neutronové hvězdy.

Neutronové hvězdy jsou to, co se stane, když objekt nemá dostatečnou gravitaci na to, aby se stlačil do toho, čemu říkáme černá díra. Uvnitř neutronové hvězdy je hmota stlačena do stavu nejvyšší možné hustoty. Neutrony jsou jednou ze základních složek atomů, ale obvykle si hrají s dalšími částicemi, jako jsou protony a elektrony. V neutronové hvězdě se však tento druh atomového kamarádství rozpadá a rozpouští a zůstávají po něm jen neutrony namačkané co nejtěsněji na sebe.

U fuzzballů přestávají základní struny spolupracovat a jednoduše se shlukují, čímž se z nich stává velké, no, klubko strun. Fuzzball.

Fuzzballs nejsou plně propracované ani v teorii, protože jakkoli skvěle zní teorie strun, nikdo pro ni nikdy nebyl schopen přijít s úplným matematickým řešením – a tak fuzzballs nejsou jen rozmazané ve fyzické realitě, ale také rozmazané v matematických možnostech.

Přesto bychom mohli být schopni najít fuzzballs s nadcházejícími průzkumy, jak je popsáno v přehledovém článku publikovaném 27. října v preprintovém časopise arXiv. Teprve nyní začínáme prokazovat existenci černých děr a přecházíme k

zkoumání detailů jejich chování a nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, jsou gravitační vlny.

Když se černé díry srazí a splynou, uvolní tsunami gravitačních vln, které se šíří vesmírem a nakonec dorazí až k našim detektorům na Zemi. U všech desítek splynutí černých děr, jichž jsme dosud byli svědky, se projevují gravitační vlny přesně tak, jak obecná teorie relativity předpovídá.

Ale budoucí přístroje, jako je pokročilá laserová interferometrická observatoř gravitačních vln (LIGO) a laserová interferometrická vesmírná anténa (navrhovaný vesmírný detektor gravitačních vln), by mohly mít takovou citlivost, aby dokázaly rozlišit mezi normálními černými dírami a strunnými chuchvalci. Říkám „možná“, protože různé modely fuzzballů předpovídají různé odchylky od standardního chování černých děr.

Pokud bychom byli schopni najít důkazy o existenci fuzzballů, neodpovědělo by to jen na otázku, co černé díry vlastně jsou; odhalilo by to některé z nejhlubších základů přírody.

Původně publikováno na stránkách Live Science.

.