Este posibil ca găurile negre să nu existe, dar s-ar putea să existe fuzzballs, sugerează o teorie sălbatică

Găurile negre sunt, de departe, cele mai misterioase obiecte din univers. Ele sunt obiecte din cosmos în care toate cunoștințele noastre de fizică se prăbușesc complet.

Și totuși, în ciuda imposibilității lor aparente, ele există. Dar dacă acești monștri gravitaționali nu sunt deloc găuri negre, ci mai degrabă echivalentul cosmic al unor bile de sfoară pufoase și vibrante?

Noile cercetări sugerează că ar putea fi așa și că, odată cu viitoarele observații, am putea fi capabili să le vedem.

Relaționat: Cele mai mari descoperiri despre găurile negre

Problema găurilor negre

Găurile negre apar în teoria relativității generale a lui Einstein și, după toate drepturile, ele pur și simplu nu ar trebui să existe. În această teorie, dacă o aglomerare de materie se prăbușește într-un volum suficient de mic, atunci gravitația poate deveni copleșitor de puternică. Această compresie gravitațională nebună poate concura oricare dintre celelalte patru forțe fundamentale ale naturii – cum ar fi forța nucleară puternică, care ține laolaltă acea aglomerare de materie. Odată ce este atins un anumit prag critic, aglomerarea de materie se strânge și se strânge, comprimându-se într-un punct infinit de mic.

Acest punct infinit de mic este cunoscut sub numele de singularitate și este înconjurat de o suprafață cunoscută sub numele de orizontul evenimentelor – locul unde atracția gravitațională spre interior depășește viteza luminii.

Desigur, nu există un punct infinit de mic, așa că această imagine pare greșită. Dar, la mijlocul secolului al XX-lea, astronomii au început să găsească obiecte care arătau ca niște găuri negre, acționau ca niște găuri negre și, probabil, miroseau și ele ca niște găuri negre. În ciuda imposibilității lor, ele erau acolo, plutind prin univers.

Și aceasta nu este singura problemă. În 1976, fizicianul Stephen Hawking și-a dat seama că găurile negre nu sunt complet negre. Din cauza ciudățeniilor mecanicii cuantice, găurile negre se evaporă încet. Acest lucru a dus la un paradox: toate informațiile care cad într-o gaură neagră rămân blocate înăuntru. Dar radiația lui Hawking nu transportă aceste informații (cel puțin, din câte am înțeles noi). Așadar, când gaura neagră se evaporă în cele din urmă, ce se întâmplă cu toată acea informație?

Relaționat: Cele mai îndepărtate idei ale lui Stephen Hawking despre găurile negre

O soluție stringentă

De-a lungul deceniilor, fizicienii teoreticieni au muncit din greu pentru a găsi ceva – orice – pentru a explica găurile negre. Ceva care să explice paradoxul informației și ceva care să înlocuiască singularitatea cu o matematică care să funcționeze.

Printre acești teoreticieni se numără cei care lucrează la teoria corzilor, care este un model al universului care înlocuiește toate particulele și forțele pe care le îndrăgiți cu corzi subatomice, care vibrează. În teoria corzilor, aceste corzi sunt constituenții fundamentali ai materiei din univers, dar nu le putem vedea ca niște corzi pentru că sunt foarte mici. Oh, și pentru ca matematica teoriei corzilor să funcționeze, trebuie să existe dimensiuni suplimentare – toate minuscule oricât de încolăcite pe ele însele la scări subatomice, astfel încât să nu le vedem nici pe acelea.

Teoria corzilor pretinde a fi o teorie a tuturor lucrurilor, capabilă să explice fiecare tip de particulă, fiecare tip de forță și, practic, totul în univers (și, pentru a fi completă, întregul univers însuși).

Așa că teoria corzilor ar trebui să fie capabilă să explice inexplicabilul: ar trebui să fie capabilă să înlocuiască găurile negre cu ceva mai puțin înspăimântător.

Și, într-adevăr, teoreticienii corzilor au propus un înlocuitor mai puțin înspăimântător pentru găurile negre. Ele se numesc fuzzballs.

Desfăcând firul

În teoria corzilor, găurile negre nu sunt nici negre, nici găuri. În schimb, cea mai bună metaforă pentru a explica ce este o fuzzball este să ne uităm la un alt obiect compact și ciudat din univers: stelele neutronice.

Stelele neutronice sunt ceea ce se întâmplă atunci când un obiect nu are destulă gravitație pentru a se comprima în ceea ce noi numim o gaură neagră. În interiorul unei stele neutronice, materia este comprimată în starea sa de cea mai mare densitate posibilă. Neutronii sunt unul dintre constituenții fundamentali ai atomilor, dar de obicei joacă alături de alte particule, cum ar fi protonii și electronii. Dar într-o stea neutronică, acest tip de camaraderie atomică se rupe și se dizolvă, lăsând în urmă doar neutroni înghesuiți cât mai strâns posibil.

În cazul fuzzball-urilor, corzile fundamentale încetează să mai lucreze împreună și pur și simplu se îngrămădesc, devenind o mare, ei bine, minge de corzi. Un fuzzball.

Fuzzball-urile nu sunt pe deplin dezvoltate, nici măcar în teorie, deoarece, oricât de grozavă ar suna teoria corzilor, nimeni nu a reușit vreodată să găsească o soluție matematică completă pentru aceasta – și astfel fuzzball-urile nu sunt doar neclare în realitatea fizică, ci și neclare în ceea ce privește posibilitatea matematică.

Cu toate acestea, am putea fi capabili să găsim fuzzball-uri cu ajutorul viitoarelor cercetări, așa cum este descris într-un articol de analiză publicat la 27 octombrie în jurnalul preprint arXiv. Abia acum începem să trecem de la dovedirea existenței găurilor negre și să ne îndreptăm spre

probarea detaliilor legate de modul în care se comportă, iar cea mai bună modalitate de a face acest lucru este prin intermediul undelor gravitaționale.

Când găurile negre se ciocnesc și fuzionează, ele eliberează un tsunami de unde gravitaționale, care străbat cosmosul, ajungând în cele din urmă la detectoarele noastre de pe Pământ. Pentru toate zecile de fuziuni de găuri negre la care am fost martori până acum, semnătura undelor gravitaționale este exact ceea ce prezice relativitatea generală că ar trebui să facă găurile negre.

Dar viitoarele instrumente, cum ar fi Observatorul avansat de unde gravitaționale cu interferometru laser (LIGO) și Antena spațială cu interferometru laser (un detector de unde gravitaționale propus pentru spațiul cosmic), ar putea avea sensibilitatea necesară pentru a face diferența între găurile negre normale și fuzzball-urile fibroase. Spun „ar putea” deoarece diferite modele de fuzzball prevăd variații diferite față de comportamentul standard al găurilor negre.

Dacă vom reuși să găsim dovezi pentru fuzzballs, nu ar fi doar un răspuns la întrebarea ce sunt cu adevărat găurile negre, ci ar dezvălui unele dintre cele mai profunde fundamente ale naturii.

Publicat inițial pe Live Science.

.