A fekete lyukak talán nem léteznek, de a pelyhes golyók igen, állítja a vad elmélet

A fekete lyukak messze a legrejtélyesebb objektumok a világegyetemben. Olyan objektumok a kozmoszban, ahol minden fizikai ismeretünk teljesen összeomlik.

És mégis, látszólagos lehetetlenségük ellenére léteznek. De mi van akkor, ha ezek a gravitációs szörnyek egyáltalán nem is fekete lyukak, hanem inkább a kozmikus megfelelői a bolyhos, vibráló húrgombolyagoknak?

Új kutatások szerint ez lehet a helyzet, és a közeljövő megfigyelései révén talán valóban láthatjuk őket.

Kapcsolódó: A legnagyobb fekete lyuk felfedezések

A fekete lyukak problémája

A fekete lyukak Einstein általános relativitáselméletében jelennek meg, és minden jog szerint egyszerűen nem szabadna létezniük. Ebben az elméletben, ha egy anyaghalmaz elég apró térfogatra zsugorodik, akkor a gravitáció nyomasztóan erőssé válhat. Ez az őrült gravitációs összenyomás felülmúlhatja a természet másik négy alapvető erejének bármelyikét – például az erős magerőt, amely összetartja ezt az anyaghalmazt. Amint egy bizonyos kritikus küszöbértéket elérünk, az anyaghalmaz egyre jobban összenyomódik, és egy végtelenül apró pontba tömörül.

Ezt a végtelenül apró pontot szingularitásnak nevezik, és egy eseményhorizontnak nevezett felület veszi körül – az a hely, ahol a gravitáció befelé irányuló vonzása meghaladja a fénysebességet.

Természetesen nem létezik végtelenül apró pont, így ez a kép tévesnek tűnik. De a 20. század közepén a csillagászok olyan objektumokat kezdtek találni, amelyek úgy néztek ki, mint a fekete lyukak, úgy viselkedtek, mint a fekete lyukak, és valószínűleg olyan szaguk is volt, mint a fekete lyukaknak. Lehetetlenségük ellenére ott lebegtek a világegyetemben.

És nem ez az egyetlen probléma. 1976-ban Stephen Hawking fizikus rájött, hogy a fekete lyukak nem teljesen feketék. A kvantummechanika furcsaságai miatt a fekete lyukak lassan elpárolognak. Ez paradoxonhoz vezetett: a fekete lyukba hulló összes információ bezáródik. A Hawking-sugárzás azonban nem viszi el ezt az információt (legalábbis amennyire értjük). Tehát amikor a fekete lyuk végül elpárolog, mi történik az összes információval?

Kapcsolódó: Stephen Hawking legszélsőségesebb ötletei a fekete lyukakról

Egy szálas megoldás

Az elméleti fizikusok évtizedek óta keményen dolgoznak azon, hogy találjanak valamit – bármit – a fekete lyukak magyarázatára. Valamit, ami megmagyarázza az információs paradoxont, és valamit, ami a szingularitást helyettesíti a matematikával, ami működik.

Ezek között az elméleti szakemberek között vannak azok, akik a húrelméleten dolgoznak, amely az univerzum olyan modellje, amely az összes szeretett részecskét és erőt szubatomi, rezgő húrokkal helyettesíti. A húrelméletben ezek a húrok az univerzum anyagának alapvető alkotóelemei, de mi nem láthatjuk őket húrokként, mert olyan kicsik. Ó, és ahhoz, hogy a húrelmélet matematikája működjön, extra dimenzióknak kell létezniük – minden aprócska bármelyik magába görbült szubatomi léptékre, így azokat sem látjuk.

A húrelmélet azt állítja, hogy a mindenség elmélete, amely képes megmagyarázni mindenféle részecskét, mindenféle erőt, és alapvetően mindent a világegyetemben (és a teljesség kedvéért magát az egész univerzumot).

A húrelméletnek tehát képesnek kell lennie arra, hogy megmagyarázza a megmagyarázhatatlant: képesnek kell lennie arra, hogy a fekete lyukakat valami kevésbé ijesztővel helyettesítse.

És valóban, a húrelmélet-elméleti szakemberek javasoltak egy kevésbé ijesztő megoldást a fekete lyukak helyett. Fuzzballnak hívják őket.

A fonal kibogozása

A húrelméletben a fekete lyukak sem nem feketék, sem nem lyukak. Ehelyett a legjobb metafora a fuzzball megmagyarázására az, ha megnézünk egy másik kompakt és furcsa objektumot az univerzumban: a neutroncsillagokat.

A neutroncsillagok az, ami akkor történik, amikor egy objektumnak nincs elég gravitációja ahhoz, hogy azzá tömörüljön, amit mi fekete lyuknak hívunk. Egy neutroncsillag belsejében az anyag a lehető legnagyobb sűrűségű állapotba tömörül. A neutronok az atomok egyik alapvető alkotóelemei, de általában más részecskékkel, például protonokkal és elektronokkal együtt játszanak. Egy neutroncsillagban azonban ez a fajta atomi bajtársiasság felbomlik és feloldódik, és csak a lehető legszorosabban összezsúfolt neutronok maradnak vissza.

A fuzzballoknál az alapvető húrok már nem működnek együtt, hanem egyszerűen összezsúfolódnak, és egy nagy, nos, húrokból álló labdává válnak. A fuzzball.

A fuzzballok még elméletben sincsenek teljesen kidolgozva, mert bármennyire is jól hangzik a húrelmélet, még senkinek sem sikerült teljes matematikai megoldást találnia rá – így a fuzzballok nem csak a fizikai valóságban, hanem a matematikai lehetőségekben is homályosak.

Mégis lehet, hogy a közeljövő felméréseivel megtalálhatjuk a fuzzballokat, ahogy azt az arXiv című preprint folyóiratban október 27-én megjelent áttekintő cikk leírja. Még csak most kezdünk túllépni a fekete lyukak létezésének bizonyításán, és a

viselkedésük részleteinek vizsgálata felé haladni, és erre a legjobb módszerünk a gravitációs hullámok.

Amikor a fekete lyukak összeütköznek és összeolvadnak, gravitációs hullámok cunamiját szabadítják fel, amelyek végigsöpörnek a kozmoszon, és végül elérik a földi detektorainkat. Az eddig megfigyelt több tucatnyi fekete lyuk összeolvadásnál a gravitációs hullámok jele pontosan az, amit az általános relativitáselmélet megjósol a fekete lyukaknak.

A jövőbeli műszerek, mint például a fejlett LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) és a LIGO (Laser Interferometer Space Antenna, egy tervezett űrbázisú gravitációs hullámdetektor), talán elég érzékenyek lesznek ahhoz, hogy különbséget tudjanak tenni a normál fekete lyukak és a húrszerű pehelygolyók között. Azért mondom, hogy “talán”, mert a különböző fuzzball-modellek a normál fekete lyukak viselkedésétől eltérő eltéréseket jósolnak.

Ha képesek lennénk bizonyítékot találni a fuzzballokra, az nem csak arra a kérdésre adna választ, hogy mik is valójában a fekete lyukak, hanem a természet legmélyebb alapjait is feltárná.

Eredetileg a Live Science-en jelent meg.