Gaură neagră - reprezentare artistică
Inițial găurile negre au fost considerate o eroare în ecuațiile teoriei gravitației formulate de Albert Einstein. Dar, în deceniul al optulea al secolului trecut găurile negre au fost evaluate, totuși, ca obiecte cosmice.
De atunci, astrofizicienii au identificat numeroase găuri negre în univers, prin detectarea radiației electromagnetice pe care o emit și a reverberațiilor declanșate atunci când se ciocnesc (undele gravitaționale).
Însă, în ciuda deceniilor de studiu, fizicienii încă se străduiesc să înțeleagă modul în care găurile negre modelează cosmosul și cum sunt acestea modelate de univers. Și tot nu știu ce sunt cu adevărat aceste aglomerări dense de masă, în profunzime.
Asta pentru că găurile negre sunt, în esență, o manifestare pură a gravitației, iar fizicienii nu știu exact cum funcționează gravitația.
Fiecare teorie a gravitației vine cu o imagine distinctă a unei găuri negre, unele extrem de diferite de descrierea standard. De aceea fizicienii tind să se concentreze obsesiv asupra găurilor negre. Aceste obiecte misterioase acționează ca un teren de joacă în care pot fi explorate consecințele reale ale speculațiilor noastre cu privire la gravitație.
Un adevăr incontestabil despre găurile negre este că ele nu sunt alcătuite din materie, din atomi pe care i-ai putea găsi în tabelul periodic. O gaură neagră apare atunci când îngrămădești atât de multă materie într-o regiune a spațiului, încât totul se prăbușește către centru, sub acțiunea gravitației. Regiunea capătă o nouă identitate, una care depinde de teoria gravitației pe care o preferi.
Imaginea clasică a unei găuri negre provine din teoria generală a relativității a lui Einstein, cea mai consacrată și de succes teorie a gravitației. Relativitatea generală descrie gravitația ca rezultat al curburii spațiu-timpului, iar o gaură neagră este o regiune de spațiu-timp care devine atât de curbată, încât nimic din ceea ce intră în ea nu va putea vreodată să iasă.
O graniță sferică, denumită „orizontul evenimentelor” marchează regiunea din care nu există scăpare; odată în interiorul acestui „orizont al evenimentelor”, toate drumurile duc către un punct cunoscut sub numele de „singularitate”.
Nimeni nu știe exact ce se întâmplă dacă o particulă sau un astronaut ghinionist ajunge la singularitate, pentru că relativitatea generală nu mai funcționează acolo.
Faptul că teoria nu explică singularitatea, le arată fizicienilor că ea nu poate fi complet corectă. O teorie completă a gravitației ar trebui să explice ce se întâmplă în centrul unei găuri negre, chiar dacă ceva asemănător cu o singularitate rămâne acolo.
O reprezentare mai puțin familiară a găurii negre este sugerată de anumite calcule din teoria stringurilor. Această teorie-candidat la statutul de teorie cuantică a gravitației explică gravitația și toate celelalte forțe prin intermediul unor corzi submicroscopice vibrante. În această viziune, gaura neagră nu este o bulă goală, ci un fel de planetă de corzi încâlcite, cunoscută drept „fuzzball”. Un astronaut s-ar izbi de suprafața unui fuzzball, în loc să cadă pur și simplu în el. Fuzzball-urile au și unele avantaje teoretice, în sensul că nu conțin singularități de neînțeles sau orizonturi ascuțite și imposibil de traversat. În schimb, ele au suprafețe ușor „neclare”, care le permit să evite un paradox spinos al fizicii găurilor negre, observat în anii '70 de Stephen Hawking.
În „gravitația cuantică în buclă”, care presupune că spațiul și timpul sunt alcătuite dintr-o rețea fină de bucle, structura spațiu-timpului împiedică materia aflată în colaps gravitațional să atingă densitatea necesară pentru a forma o singularitate. În locul acesteia, ia naștere ceea ce se numește o „stea Planck”. Iar în teoria „gravitației cuadratice”, o teorie mai puțin cunoscută care tratează gravitația similar celorlalte forțe, materia se prăbușește în ceea ce se numește „gaură-2-2”, din care un astronaut ar putea teoretic să iasă dacă ar dispune de trilioane de ani.
Deși aceste reprezentări ale găurilor negre diferă radical una de alta ca idee, deosebirile lor fizice — cele pe care ai spera să le poți detecta într-un experiment — sunt practic imposibil de observat. O analiză recentă asupra vibrațiilor spațiu-timpului emise de găurile negre care se ciocnesc nu a găsit nicio abatere de la gaura neagră clasică a relativității generale. Totuși, sensibilitatea căutării nu a fost suficientă pentru a exclude „neclaritatea” unui fuzzball sau alte predicții ale teoriilor menționate.
Din acest motiv, mulți fizicieni nu își bat capul deloc cu natura fundamentală a găurilor negre. Mulți astrofizicieni se dedică unei alte întrebări: rolul găurilor negre în cosmos. În această direcție, ei s-au confruntat cu apariția unei găuri negre misterios de mici și a uneia imposibil de mari. Au observat bule uriașe ce se ridică deasupra galaxiei noastre, Calea Lactee, probabil umflate de o erupție violentă a găurii negre supermasive din vecinătatea noastră.
După o serie de descoperiri neașteptate de găuri negre prea mari pentru galaxiile lor mici, prea mari pentru vârsta lor și, chiar luna trecută, o gaură neagră prea mare și „goală” pentru a se fi format în modul normal (prăbușirea unei stele), devine din ce în ce mai clar că universul are tot felul de rețete pentru a crea găuri negre, indiferent ce ar fi ele în esență.
> Citiți și: Istoria completă a găurilor negre
Sursa: QuantaMagazine (adaptare după un text de Charlie Wood)
