Sorte huller eksisterer måske ikke, men det gør fuzzballs måske, viser vild teori

Sorte huller er langt de mest mystiske objekter i universet. De er objekter i kosmos, hvor al vores viden om fysik bryder fuldstændig sammen.

Og alligevel eksisterer de på trods af deres tilsyneladende umulighed. Men hvad nu hvis disse gravitationsmonstre slet ikke er sorte huller, men snarere den kosmiske ækvivalent til uklare, vibrerende kugler af snor?

Ny forskning tyder på, at det kan være tilfældet, og at vi med kommende observationer måske faktisk vil kunne se dem.

Relateret: De største fund om sorte huller

Problemet med sorte huller

Sorte huller optræder i Einsteins generelle relativitetsteori, og de burde efter alt at dømme ganske enkelt ikke eksistere. Ifølge denne teori kan tyngdekraften blive overvældende stærk, hvis en klump stof presses ned i et tilstrækkeligt lille rumfang, så tyngdekraften kan blive overvældende stærk. Denne vanvittige gravitationskompression kan udkonkurrere enhver af de andre fire fundamentale naturkræfter – som f.eks. den stærke atomkraft, der holder den klump stof sammen. Når en vis kritisk tærskel er nået, klemmer og klemmer klumpen af stof sig bare sammen og komprimeres ned til et uendeligt lille punkt.

Dette uendeligt lille punkt er kendt som singulariteten, og det er omgivet af en overflade, der er kendt som begivenhedshorisonten – det sted, hvor tyngdekraftens indadgående tiltrækning overstiger lysets hastighed.

Det findes naturligvis ikke noget uendeligt lille punkt, så dette billede virker forkert. Men i midten af det 20. århundrede begyndte astronomer at finde objekter, der lignede sorte huller, opførte sig som sorte huller og sandsynligvis også lugtede som sorte huller. På trods af at de var umulige, var de der og flød rundt i universet.

Og det er ikke det eneste problem. I 1976 indså fysikeren Stephen Hawking, at sorte huller ikke er helt sorte. På grund af kvantemekanikkens mærkværdigheder fordamper de sorte huller langsomt. Dette førte til et paradoks: Al den information, der falder ned i et sort hul, bliver låst inde. Men Hawkings stråling bærer ikke denne information væk (i hvert fald ikke, så vidt vi forstår). Så når det sorte hul til sidst fordamper, hvad sker der så med al den information?

Relateret: Stephen Hawkings mest langt ude idéer om sorte huller

En stringy løsning

Igennem årtier har teoretiske fysikere arbejdet hårdt på at finde noget – hvad som helst – der kan forklare sorte huller. Noget, der forklarer informationsparadokset, og noget, der kan erstatte singulariteten med matematik, der virker.

I blandt disse teoretikere er der dem, der arbejder med strengteori, som er en model af universet, der erstatter alle de partikler og kræfter, som du elsker, med subatomare, vibrerende strenge. I strengteorien er disse strenge de grundlæggende bestanddele af materien i universet, men vi kan ikke se dem som strenge, fordi de er så små. Åh, og for at strengteoriens matematik kan fungere, skal der være ekstra dimensioner – alle små alle sammen krøllet sammen på sig selv til subatomare skalaer, så vi heller ikke kan se dem.

Strengteorien hævder at være en teori om alt, der kan forklare alle slags partikler, alle slags kræfter og stort set alt i universet (og for fuldstændighedens skyld hele hele hele universet selv).

Så strengteorien burde være i stand til at forklare det uforklarlige: den burde være i stand til at erstatte sorte huller med noget mindre skræmmende.

Og faktisk har strengteoretikere foreslået en mindre skræmmende erstatning for sorte huller. De kaldes fuzzballs.

Uoptrævling af garnet

I strengteorien er sorte huller hverken sorte eller huller. I stedet er den bedste metafor til at forklare, hvad en fuzzball er, at se på et andet kompakt og mærkeligt objekt i universet: neutronstjerner.

Neutronstjerner er det, der sker, når et objekt ikke helt har tyngdekraften nok til at blive komprimeret til det, vi kalder et sort hul. Inde i en neutronstjerne er stoffet komprimeret til sin højest mulige tæthedstilstand. Neutroner er en af de grundlæggende bestanddele i atomer, men de spiller normalt sammen med andre partikler som f.eks. protoner og elektroner. Men i en neutronstjerne bryder den slags atomart kammeratskab sammen og opløses og efterlader kun neutroner, der er presset så tæt sammen som muligt.

Med fuzzballs holder de fundamentale strenge op med at arbejde sammen og presser sig simpelthen sammen og bliver til en stor, ja, kugle af strenge. En fuzzball.

Fuzzballs er ikke fuldt ud udbygget, ikke engang i teorien, for hvor cool strengteorien end lyder, har ingen nogensinde været i stand til at komme med en komplet matematisk løsning for den – og derfor er fuzzballs ikke bare uklare i den fysiske virkelighed, men også uklare i den matematiske mulighed.

Selvfølgelig kan vi alligevel finde fuzzballs med kommende undersøgelser, som beskrevet i en oversigtsartikel, der blev offentliggjort den 27. oktober i preprint-tidsskriftet arXiv. Vi er først nu begyndt at bevæge os ud over at bevise eksistensen af sorte huller og hen imod

at undersøge detaljerne i, hvordan de opfører sig, og vores bedste måde at gøre det på er gennem gravitationsbølger.

Når sorte huller kolliderer og smelter sammen, frigiver de en tsunami af gravitationsbølger, som skyller hen over kosmos og til sidst når vores detektorer på Jorden. For alle de snesevis af sorte huller, som vi hidtil har været vidne til, er gravitationsbølgesignaturen præcis det, som den generelle relativitetsteori forudsiger, at sorte huller gør.

Men fremtidige instrumenter, som det avancerede Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og Laser Interferometer Space Antenna (en foreslået rumbaseret gravitationsbølgedetektor), vil måske have den fornødne følsomhed til at kunne skelne mellem normale sorte huller og snorlige fuzzballs. Jeg siger “måske”, fordi forskellige fuzzball-modeller forudsiger forskellige variationer i forhold til standardadfærd for sorte huller.

Hvis vi er i stand til at finde beviser for fuzzballs, ville det ikke blot besvare spørgsmålet om, hvad sorte huller egentlig er; det ville afsløre nogle af naturens dybeste fundamenter.

Originalt offentliggjort på Live Science.