O călătorie spre inima unei găuri negre

Găurile negre reprezintă unul dintre cele mai mari mistere ale Universului. Acest mister îi atrage deopotrivă pe fizicieni și astronomi dar și pe pasionații de astrofizică.

Găurile negre se formează atunci când stele masive își termină combustibilul nuclear și se prăbușesc sub propria greutate. Doar stele foarte masive, de aproximativ 25 de ori mai masive decât Soarele, pot da naștere unor astfel de monștri cosmici. În galaxia noastră, aproximativ 1/1000 stele sunt suficient de masive pentru a genera găuri negre după moartea lor. În Calea Lactee există circa 100 de miliarde de stele, ceea ce înseamnă că în galaxia noastră ar putea fi până la 100 de milioane de găuri negre.

O călătorie într-o gaură neagră este una fără întoarcere. Dacă am dispune de tehnologia necesară pentru a ne apropia de un astfel de monstru și am trimite o sondă pe drumul fără de întoarcere care trece de orizontul evenimentului unei găuri negre, ce am putea vedea? BBC.com publică un material care încearcă să răspundă la această întrebare.

  • Pe orbita găurii negre

O gaură neagră singură, în nemărginitul spațiu cosmic, este invizibilă. Așa cum îi spune și numele, este neagră, nelăsând să-i scape niciun singur foton care ar putea să-i deconspire poziția. Dacă am intra pe orbita unui astfel de obiect cosmic am observa că are formă sferică. În plus, dacă gaura neagră se învârte în jurul propriei axe, la fel ca majoritatea corpurilor cosmice, am observa că nu este o sferă perfectă, fiind mai lată în zona ecuatorului.

Pentru a avea o perspectivă cât mai edificatoare, să ne imaginăm că ne aflăm pe orbita găurii negre supermasive din centrul Căii Lactee, o gaură neagră de 4 milioane de ori mai masivă decât Soarele. Gravitația acestei găuri negre a adunat pe orbita sa cantități enorme de gaz și praf cosmic, materie ce formează un disc de acreție și care se scurge în gaura neagră, trecând de orizontul evenimentului, la fel ca apa care se scurge din cada de baie, după ce scoatem dopul. Pe măsură ce această materie este consumată de gaura neagră, temperatura ei crește enorm, ajungând la miliarde de grade Celsius, ceea ce produce foarte multe radiații, fluxuri de energie și de particule ionizate.

Orizontul evenimentului este o graniță în spațiu-timp unde viteza de evadare pentru o masă oarecare atinge și apoi depășește viteza luminii, făcând o evadare imposibilă. Acest lucru face observarea unor evenimente din afara acestui orizont (sau orice altă formă de comunicație) să devină imposibilă, de unde și denumirea de orizontul evenimentului.

Acest disc de materie superfierbinte ar reprezenta o imagine de neuitat. În ceea ce privește gaura neagră, tot nu am putea să o observăm direct, fiind învăluită de un nor de gaze și praf cosmic. De pe orbita unei găuri negre am fi însă martorii unui adevărat spectacol de putere cosmică — imensa forță gravitațională a găurii negre curbează razele de lumină în jurul său, generând o amprentă vizuală în materia din jur, amprentă denumită umbra găurii negre. În plus, gravitația deformează însăși imaginea acestei umbre, făcând-o să pară de aproximativ cinci ori mai mare decât gaura neagră căreia îi aparține.

De obicei, atunci când vorbim despre lumină ne imaginăm raze care se propagă în linie dreaptă, compuse din fotoni care se deplasează mereu înainte. Însă în apropierea unei găuri negre, gravitația atotputernică capturează acești fotoni aducându-i pe orbite în jurul orizontului evenimentului. O parte dintre acești fotoni, care nu au trecut încă de orizontul evenimentului, reușesc să scape și ei formează inelul strălucitor din jurul orizontului evenimentului care rămâne negru, de nepătruns.

Partea interioară a discului de acreție se învârte în jurul orizontului evenimentului la viteze apropiate de cea a luminii. Conform Teoriei Relativității, o sursă de lumină va părea mai strălucitoare dacă se îndreaptă spre observator. Astfel, dacă am privi gaura neagră dintr-o perspectivă în care am avea în prim plan o margine a discului de acreție, partea acestui disc care se îndreaptă spre observator va părea mai strălucitoare.

  • O imagine clară

Astfel, chiar dacă gaura neagră în sine nu poate fi văzută în mod direct, am putea să-i observăm umbra înconjurată de un strălucitor disc de acreție. Unii oameni de știință susțin că o parte din gazul, praful cosmic și particulele ionizate care formează acest disc ar acoperi umbra găurii negre. Pentru a ști cum arată o astfel de umbră a unei găuri negre, astrofizicienii au apelat la cele mai complexe simulări computerizate realizate vreodată, ce țin cont de fizica gazelor și de comportamentul extrem al gravitației din jurul găurii negre.

Conform astrofizicianului Feryal Ozel, de la Universitatea din Arizona, care a participat la realizarea acestor simulări computerizate, perspectiva asupra găurii negre ar rămâne clară. Astfel de simulări îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă ce trebuie să caute atunci când doresc să observe umbra găurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre.

Îmbinând puterea a 11 telescoape amplasate în diferite părți ale lumii, astronomii obțin un singur telescop uriaș pentru a observa, în premieră, umbra găurii negre și inelul strălucitor de acreție din jurul său. „Aceasta este speranța și visul meu”, a mărturisit Feryal Ozel.

Acest telescop de dimensiuni „planetare”, denumit Event Horizon Telescope (EHT — Telescopul Orizontul Evenimentului) va include telescoape amplasate de la Polul Sud până în Chile care vor culege volume impresionante de date ce vor fi centralizate și analizate cu ajutorul unor supercalculatoare.

„Acest sistem ne oferă un ordin de mărire superior oricărui alt telescop construit vreodată”, explică și Shep Doeleman, astronom la Institutul Tehnologic din Massachusetts (MIT) și coordonator al proiectului EHT. Observarea umbrei găurii negre din centrul Căii Lactee de pe Pământ este echivalentă cu observarea unui grapefruit aflat pe Lună.

În prezent, șapte telescoape din cadrul EHT sunt deja interconectate și gata de funcționare. Până în 2017 urmează să fie interconectate toate 11 iar oamenii de știință vor putea vedea în mod direct o gaură neagră. Obținerea primelor imagini ale unei găuri negre va reprezenta un salt înainte în astrofizică și dovada clară că aceste obiecte cosmice chiar există (toate dovezile cu privire la existența lor deținute în prezent sunt indirecte, bazate pe influența gravitațională exercitată de găurile negre asupra stelelor și materiei din vecinătatea lor. Astfel, fizicienii vor putea face observații de detaliu asupra găurilor negre și vor testa în detaliu Teoria Relativității formulată de Albert Einstein.

  • Spaghetificare sau incinerare?

Dacă însă o simplă privire de ansamblu nu este suficientă pentru a ne satisface curiozitatea și dorim în continuare să pătrundem într-o gaură neagră, ce ne ascunde orizontul evenimentului? Din nefericire, dincolo de orizontul evenimentului, în așa-numita singularitate, legile fizicii așa cum le cunoaștem în prezent încetează să mai aibă sens și nimeni nu poate ști sigur ce se va întâmpla. Ipoteza cea mai răspândită este că se produce un așa-numit proces de „spaghetificare”.

Astfel, dacă sărim într-o gaură neagră cu picioarele înainte, atunci acestea vor fi expuse unei forțe gravitaționale mai puternice decât restul corpului. Pe măsură ce ne apropiem de orizontul evenimentului, diferența de gravitație dintre picioare și cap, spre exemplu, devine din ce în ce mai mare, rezultatul fiind întinderea corpului până la ruperea sa în bucăți… sau mai bine spus la spulberarea corpului la nivel de atomi.

Conform calculelor matematice, dacă gaura neagră este relativ mică, de câteva zecimi din masa Soarelui, procesul de „spaghetificare” se va produce cu mult înainte de a trece de orizontul evenimentului, frontiera de la care nici lumina nu mai poate scăpa atracției găurii negre. Dacă gaura neagră este supermasivă, de câteva miliarde de ori mai masivă decât Soarele, atunci, teoretic, am putea trece de orizontul evenimentului fără a fi rupți în bucăți la nivel atomic. „Spaghetificarea” ne pândește dincolo de orizontul evenimentului.

În 2012, în timp ce încerca să înțeleagă dacă orice informație care pătrunde într-o gaură neagră dispare pentru totdeauna, fizicianul John Polchinski a ajuns la concluzia că intrarea într-o gaură neagră poate avea alte consecințe. Dacă luăm în considerare mecanica cuantică, orizontul evenimentului devine un gigantic zid de foc care te incinerează pe loc, odată ce ai încercat să treci dincolo de el. Nici măcar nu ai avea șansa de a începe să simți procesul de spaghetificare.

Conform unui material publicat de site-ul Scientia.ro, atunci când John Polchinski și colegii săi de la Universitatea California din Santa Barbara au explorat implicațiile cuantice ale găurilor negre, ei s-au lovit de un obstacol. Găurile negre emit așa-numita radiație Hawking, formată din fotoni, iar aceștia sunt corelați cu interiorul găurii negre și între ei. Acest lucru infirmă o regulă cuantică ce presupune că particulele nu pot fi corelate cu două lucruri în același timp.

Pentru a prezerva monogamia cuantică, Polchinski a sugerat că de fapt corelarea fotoni — gaura neagră se destramă. Această destrămare cauzează un perete de energie la orizontul evenimentelor găurii negre, care distruge relativitatea, deoarece oricine ar cădea în ea ar arde în loc să se transforme în „spaghetti”.

Mulți fizicieni nu au fost însă de acord cu această perspectivă. Conform unor consecințe desprinse din Teoria Relativității, o persoană care ar cădea prin orizontul evenimentului nu ar simți nimic special, doar o plutire în spațiu. Existența unui zid de foc ar încălca principiul echivalenței, unul dintre principiile termodinamicii, o regulă la care fizicienii nu pot renunța ușor.

Până la urmă, curiozitatea cu privire la natura găurilor negre de dincolo de orizontul evenimentului nu poate fi satisfăcută decât prin trecerea de această barieră dincolo de care legile fizicii nu mai au sens. Problema reală ar fi scoaterea datelor obținute din gaura neagră pentru că „tot ce se întâmplă într-o gaură neagră, rămâne în gaura neagră”. (Agenţia Naţională de Presă AGERPRES)

Citește și

Spune ce crezi

Adresa de email nu va fi publicata

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.