Oι «ιδιόμορφες» μαύρες τρύπες

ΔΙΟΝΥΣΗΣ Π. ΣΙΜΟΠΟΥΛΟΣ*

15/04/2019 

Ιστορική στιγμή. Φωτογράφοι και εικονολήπτες απαθανατίζουν την εικόνα μιας μαύρης τρύπας στη συνέντευξη Τύπου που έδωσαν επιστήμονες στο Τόκιο (και σε άλλες πέντε πόλεις) για να παρουσιάσουν το μεγάλο επίτευγμά τους. EPA/FRANCK ROBICHON

Την περασμένη Τετάρτη (10/04/2019) ανακοινώθηκε ένα συνταρακτικό επιστημονικό κατόρθωμα με τη φωτογράφηση των ορίων μιας μαύρης τρύπας που ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων». Πρόκειται για ένα αντικείμενο από το οποίο τίποτα (ή έστω σχεδόν τίποτα) δεν μπορεί να δραπετεύσει. Ότι ήταν κάποτε άστρα, πλανήτες και νεφελώματα, βρίσκονται τώρα συμπιεσμένα σ’ έναν απεριόριστα μικροσκοπικό και υπέρπυκνο χώρο στο εσωτερικό του οποίου οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν. Και παρ’ όλο που η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν είχε προβλέψει την ύπαρξή τους από τις αρχές του 20ού αιώνα, εντούτοις μόλις πρόσφατα μας δόθηκε η ευκαιρία να ανακαλύψουμε μερικές από τις απαντήσεις στα ερωτήματα που έχουμε γι’ αυτές. Γιατί ελάχιστα αντικείμενα στο σύμπαν μπορούν να προκαλέσουν το δέος που προκαλεί μια μαύρη τρύπα.

Οι μαύρες τρύπες δημιουργούνται όταν άστρα με υλικά πολλαπλάσια της ύλης που έχει ο Ηλιος φτάσουν στο τέλος της ζωής τους, με αποτέλεσμα να καταρρεύσουν και να εκραγούν. Η αστρική αυτή έκρηξη, ονομάζεται «σουπερνόβα» και είναι ένα από τα πιο βίαια φαινόμενα στο σύμπαν και λάμπει με την ένταση ενός δισεκατομμυρίου δισεκατομμυρίων άστρων σαν τον Ήλιο. Κι αυτό που πυροδοτεί ένα τέτοιο φαινόμενο είναι η δύναμη που κυβερνάει τον κόσμο μας, η βαρύτητα, η οποία προκαλεί την αστραπιαία κατάρρευση του αστρικού πυρήνα, ενώ παραμορφώνει συγχρόνως και τον χωρόχρονο γύρω του ανάλογα με την ποσότητα των υλικών που περιλαμβάνει. Στα γιγάντια άστρα μετά την έκρηξη η κατάρρευση συνεχίζεται ακάθεκτη έως ότου το άστρο περιοριστεί σ’ ένα «ιδιόμορφο χωροχρονικό σημείο» που ονομάζεται «μοναδικότητα», σχηματίζοντας έτσι μια μαύρη τρύπα. Σύμφωνα δηλαδή με τις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας στο σημείο αυτό η πυκνότητα είναι άπειρη, ο χώρος έχει άπειρη καμπυλότητα και ο χρόνος «σταματά» να υπάρχει. Η δύναμη της βαρύτητας μιας μαύρης τρύπας, δηλαδή, παραμορφώνει το χωρόχρονο γύρω της σε τέτοιο βαθμό ώστε ούτε κι αυτό ακόμη το φως να μην μπορεί να διαφύγει από την ελκτική της δύναμη κάνοντάς την ουσιαστικά αόρατη.

Αφού όμως δεν μπορούμε να τη «δούμε», πώς είναι δυνατόν να ανακαλύψουμε μια μαύρη τρύπα; Την απάντηση μας τη δίνει η θεωρητική ανάλυση της συμπεριφοράς της ύλης στα πρόθυρα μιας μαύρης τρύπας. Γιατί καθώς η ύλη που απορροφάται απ’ αυτήν εξαφανίζεται για πάντα μέσα της, εκπέμπει ένα «κύκνειο άσμα» με τη μορφή ακτίνων Χ. Τα υλικά όμως αυτά δεν πέφτουν κατευθείαν στη μαύρη τρύπα, αλλά, αντίθετα, σχηματίζουν έναν περιστρεφόμενο «δίσκο επικάθησης» με τη μορφή μιας τεράστιας διαστημικής δίνης. Αυτή καθαυτή η μαύρη τρύπα είναι φυσικά αόρατη, βρίσκεται όμως στο κέντρο της περιστρεφόμενης ρουφήχτρας των υλικών. Και όταν τελικά αυτά βρουν τον δρόμο τους προς τη μαύρη τρύπα επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός λίγο πριν εισχωρήσουν στα όρια παρατήρησης της μαύρης τρύπας, που ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων».

Μια μαύρη τρύπα είναι δύσκολο να κατανοηθεί από τον ανθρώπινο νου, και ίσως αυτό να οφείλεται μερικώς, τουλάχιστον, στον όρο «τρύπα». Γιατί μ’ αυτή τη λέξη πολλοί από εμάς φαντάζονται ένα κάποιο βαθούλωμα ή το χαρακτηριστικό ομώνυμο σκίσιμο μιας επιφάνειας, ενώ η έννοια της λέξης υπονοεί επίσης και την «έλλειψη ύλης». Μια μαύρη τρύπα όμως είναι τελείως διαφορετική. Δεν είναι μια τρύπα σε «κάτι», γιατί είναι από μόνη της «κάτι», είναι μια τρισδιάστατη, σφαιρική «τρύπα», ή αν προτιμάτε, μια στερεά «τρύπα». Είναι δηλαδή μια σφαίρα ύλης και όχι ένα κενό ύλης. Αφού λοιπόν είναι σφαιρική από παντού φαίνεται ίδια, ενώ αν κοιτάζαμε μέσα της δεν θα βλέπαμε την άλλη μεριά, αλλά θα αντικρίζαμε ένα άπειρο σκοτάδι που θα ήταν το ίδιο απ’ οπουδήποτε και αν κοιτάζαμε.

Ότι κι αν «πέσει» μέσα σε ένα τέτοιο αντικείμενο «χάνεται» από το σύμπαν, αφού καθετί το υλικό δημιουργεί μια παραμόρφωση στον χωρόχρονο γύρω του ανάλογη με την ποσότητα των υλικών που περιλαμβάνει. Κι έτσι, σε ένα γιγάντιο άστρο η κατάρρευση συνεχίζεται ακάθεκτη έως ότου περιοριστεί σ’ ένα «ιδιόμορφο χωροχρονικό σημείο» που ονομάζεται «μοναδικότητα». Αν μπορούσαμε να συμπιέσουμε τη Γη μας στο μέγεθος ενός κερασιού, θα την είχαμε μετατρέψει σε μαύρη τρύπα. Φυσικά δεν υπάρχει καμιά γνωστή διαδικασία που θα μπορούσε να μετατρέψει τη Γη, ή και τον Ήλιο ακόμη, σε μαύρη τρύπα. Ο καταρρέων πυρήνας μιας σουπερνόβα, με υλικά πάνω από τρεις ηλιακές μάζες, είναι ένα από τα ελάχιστα αντικείμενα στο σύμπαν που μπορούν να δημιουργήσουν κάτι τέτοιο. Και αυτού του είδους η «τρύπα», θα πρέπει, εκ των πραγμάτων, να είναι «μαύρη», αφού ούτε το φως δεν έχει τη δυνατότητα να δραπετεύσει από την «επιφάνειά» της για να καταγραφεί από τα μάτια μας ή τα διάφορα άλλα ευαίσθητα όργανα των αστεροσκοπείων μας. Με την πρόσφατη, όμως, φωτογράφηση ενός τέτοιου αντικειμένου αποδείξαμε όχι μόνο τη θεωρητική αλλά και την ουσιαστική του πλέον ύπαρξη!

* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

ΠΗΓΗ: www.kathimerini.gr