Τετάρτη, 6 Μαρτίου 2013

ΠΑΥΛΟΣ ΒΟΥΛΟΥΒΟΥΤΗΣ "Μαύρες Τρύπες"


                               Η ιστορία τους και οι παράξενες ιδιότητές τους

    Μαύρη τρύπα ονομάζουμε συνήθως ένα σώμα τόσο πυκνό και συμπαγές από την επιφάνεια του οποίου δεν μπορεί να διαφύγει κανένα σωματίδιο –ούτε καν το φως - και την επιφάνεια του οποίου αν ένα σωματίδιο διαβεί, αιχμαλωτίζεται για πάντα εκεί. Είναι λοιπόν μαύρη, γιατί δεν φωτοβολεί (είτε από μόνη της είτε εξ ανακλάσεως) και τρύπα, γιατί ό,τι πέσει μέσα δεν ξαναβγαίνει.
Η μαύρη τρύπα χαρακτηρίζεται από την κρίσιμη περίμετρό της σε χιλιόμετρα, που είναι 18,5*α (όπου α η μάζα της εκφρασμένη σε ηλιακές μάζες Μ), την επιφάνειά της, που ονομάζεται «ορίζοντας των γεγονότων» (event horizon), τη στροφορμή της (δηλ. πόσο γρήγορα στροβιλίζεται) και το ηλεκτρικό φορτίο της, (που αναμένεται να είναι μηδέν). Θεωρητικά κάθε σώμα αν συμπιεστεί αρκετά, μπορεί να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα με όλες τις ιδιότητές του να χάνονται εκτός από τις προαναφερθείσες. Αυτό σημαίνει, ότι βλέποντας ένα τέτοιο αντικείμενο δε θα μάθουμε ποτέ, αν προήλθε από ένα άστρο, ένα κυβικό πλανήτη ή 100 γραμμάρια βοδινού κρέατος. Οι ιδιότητες των πρώην σωμάτων εξαφανίζονται.

    Οι μαύρες τρύπες μπορούν να προσλαμβάνουν μάζα από σώματα, που πέφτουν μέσα τους, οπότε η περίμετρος τους αυξάνει, ή να χάνουν μάζα (εξάχνωση μέσω της ακτινοβολίας Hawking). 
Ο χρόνος εξάχνωσης μιας μαύρης τρύπας αστρικού μεγέθους ξεπερνάει τη γνωστή ηλικία του σύμπαντος κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Η μάζα της μαύρης τρύπας είναι συγκεντρωμένη στο κέντρο της σε ένα σημείο μεγέθους ίσως 10-33 cm, ενώ η βαρύτητα και πυκνότητα στο σημείο αυτό απειρίζονται. Μαύρες τρύπες μάζας δισεκατομμυρίων Ήλιων υπάρχουν στους πυρήνες των ενεργών γαλαξιών και των κβάζαρ. Επίσης κάθε αστρικός πυρήνας μάζας άνω των τριών Ήλιων μπορεί υπό ορισμένες προϋποθέσεις να καταρρεύσει, καταλήγοντας σε μαύρη τρύπα.

    Όλως παραδόξως η πρόβλεψη για την ύπαρξη τέτοιων αντικειμένων έγινε πολύ νωρίς. Πρώτος ο βρετανός John Mitchell to 1783 συνδύασε την ταχύτητα του φωτός με την νευτώνεια θεωρία της βαρύτητας, για να καταλήξει στο συμπέρασμα, ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν άστρα τόσο βαριά, ώστε η ταχύτητα διαφυγής στην επιφάνειά τους να ισούται με, ή να ξεπερνά την ταχύτητα του φωτός. Σε τέτοια άστρα τα φωτόνια που εκπέμπονται από την επιφάνειά τους, αφού διανύσουν μια μέγιστη απόσταση επιβραδυνόμενα, καταλήγουν πίσω στο άστρο, όπως μια πέτρα που ρίχνουμε προς τα πάνω, καταλήγει πίσω στη Γη.
Pierre Simon de Laplace
Δεκατρία χρόνια αργότερα το «τέρας» της γαλλικής διανόησης Pierre Simon de Laplace έκανε ευρέως γνωστή την παραπάνω πρόβλεψη στο μνημειώδες έργο του “Le Système Du Monde”. Η κρίσιμη περίμετρος αυτών των άστρων έγινε εύκολα γνωστή από την εφαρμογή των νόμων του Νεύτωνα και ισούται μ’ αυτήν που προαναφέραμε. Σε τέτοιου είδους άστρα θα μπορούσαν να υπάρχουν πλανήτες, που περιφέρονται χαρωπά γύρω τους και φωτίζονται κανονικά απ ‘ αυτά, τα ίδια όμως θα ήταν αόρατα για μακρινούς παρατηρητές. Ο Laplace αφαίρεσε την πρόβλεψη αυτή από την τρίτη έκδοση του έργου του, όταν δόθηκε η κυματική περιγραφή του φωτός, οπότε δεν ήταν σαφές, πώς θα μπορούσε να συνδυαστεί αυτή με την τότε παγκόσμια θεωρία της βαρύτητας.

    Εκατό χρόνια αργότερα, μετά τη διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας (ΓΘΣ) από τον Einstein, απέκτησαν οι φυσικοί τα κατάλληλα εργαλεία, για να καταπιαστούν πάλι με ο πρόβλημα. Γιατί βέβαια η προσέγγιση του θέματος είναι σχετικιστική και όχι νευτώνεια. Ο Einstein με τη ΓΘΣ έδειξε, ότι ο χώρος με την παρουσία μάζας δεν είναι επίπεδος αλλά καμπύλος (στρεβλωμένος) και μάλιστα η καμπυλότητα αυτή είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα και όσο πιο κοντά σ’ αυτήν είμαστε.

    Ας φανταστούμε ότι ο χώρος είναι μια άπειρης επιφάνειας  ελαστική μεμβράνη. Μια βαριά σφαίρα καμπυλώνει την επιφάνεια αυτή στο άμεσο περιβάλλον της με τέτοιον τρόπο, ώστε να μην ισχύει εκεί η ευκλείδεια γεωμετρία αλλά κάποια γεωμετρία άλλου είδους (Riemann), κατά την οποία διάφορες σταθερές δεν είναι αυτές που ξέρουμε (π.χ. το γνωστό π είναι μικρότερο από 3,14…, οι γωνίες του τριγώνου δεν είναι 180 μοίρες κλπ). Άλλη μια συνέπεια της ΓΘΣ είναι ότι ο χρόνος κοντά σε ένα πεδίο βαρύτητας κυλάει πιο αργά απ’ ό,τι μακριά του και ότι το φως υφίσταται μια μετατόπιση στο μήκος κύματός του, προς το ερυθρό άκρο του φάσματος κοντά σ’ ένα ισχυρό πεδίο βαρύτητας. 
  Ο πρώτος που επιτέθηκε στο πρόβλημα ήταν ο Karl Schwarzschield, ο οποίος υπηρετούσε τη θητεία του το 1916 στο γερμανικό στρατό στο ρωσικό μέτωπο. Μελετώντας τις εξισώσεις πεδίου του Einstein, υπολόγισε την καμπυλότητα του χωροχρόνου έξω από κάθε σφαιρικό μη περιστρεφόμενο άστρο. Μετά 4 μήνες υπολόγισε το ίδιο πράγμα και στο εσωτερικό του άστρου. Μετά πέθανε από τύφο. Η γεωμετρία που χρησιμοποίησε, πήρε το όνομά του (γεωμετρία Schwarzschield) και οι 2 εργασίες παρουσιάστηκαν απ΄ τον ίδιο τον Αλβέρτο στην Ακαδημία Επιστημών του Βερολίνου. Οι λύσεις που πρότεινε ο Schwarzschield είναι παρόμοιες μ’ αυτές των Mitchell - Laplace αλλά η προσέγγιση ήταν τελείως διαφορετική. Ενώ η κλασική προσέγγιση υποθέτει, ότι τα φωτόνια εκπέμπονται από την επιφάνεια του άστρου και φωτίζουν το γύρω χώρο πριν επανακαταλήξουν σ’ αυτό, η σχετικιστική προβλέπει ότι κανένα φωτόνιο δεν είναι δυνατόν να εκπεμφθεί. Επίσης η σχετικιστική άποψη ισχύει τόσο για τη σωματιδιακή όσο και για την κυματική φύση του φωτός.
  Από τη δεκαετία του 20 και μετά, αρκετοί φυσικοί άρχισαν να μελετούν θεωρητικά τις «ανωμαλίες Schwrzschield» (διάβαζε μαύρες τρύπες) και να πιστεύουν, ότι θα μπορούσαν να υπάρξουν στο σύμπαν. Οι προσπάθειες αυτές προσέκρουσαν στα διανοητικά θωρηκτά Albert Einstein και Arthur Eddington. Οι επιστήμονες αυτοί πίστευαν ότι κάποιος αδιευκρίνιστος φυσικός νόμος θα απέτρεπε την κατάρρευση και την πλήρη σύνθλιψη της ύλης στο κέντρο της μαύρης τρύπας. Δεν πίστευαν ότι η βαρύτητα θα μπορούσε να γίνει άπειρη.
 

    Στη δεκαετία του 30 ο Ινδός Subrahmanyan Chandrasekhar ασχολήθηκε μεταξύ άλλων με τα πολύ συμπαγή και πυκνά άστρα. Βρήκε κατ’ αρχή ότι οι λευκοί νάνοι δεν μπορούν να έχουν μάζα πάνω από 1,4 Μ (όριο Chandrasekhar σήμερα 1,44Μ). Και απέδειξε ότι για κάθε βαρύτερο άστρο στον πυρήνα του οποίου έχουν κατασιγάσει οι πυρηνικές φωτιές, η κατάρρευση είναι αναπόφευκτη. Η απόδειξη αυτή προσέκρουσε στον Eddington και οδηγήθηκε στην αφάνεια.

    Ωστόσο παρέλαβαν άλλοι τη σκυτάλη. Ένας απ’ αυτούς, ο Ελβετός Fritz Zwicky,χρησιμοποιώντας τους νεότευκτους νόμους της κβαντικής μηχανικής, ισχυρίστηκε οτι ένας αστρικός πυρήνας πέρα απ’ το όριο Chandrasekhar, καταρρέοντας, θα μετατρεπόταν σε μια συνάθροιση νετρονίων με πυκνότητα 100 τρισεκατομμυρίων γραμμαρίων ανά cm3 (1014g/cm3). Στερούμενος ισχυρών θεωρητικών θεμελίων ο Zwicky δε μπόρεσε να εκτιμήσει πόσο γρήγορα θα προχωρήσει η κατάρρευση (αν θα είναι αργή ή ταχύτατη) και τις διεργασίες που συμβαίνουν στον καταρρέοντα πυρήνα. Όμως ήταν αυτός που επέβαλε τους όρους «αστέρας νετρονίων» (neutron star) και υπερκαινοφανής (supernova).
 Τι συμβαίνει όμως στο εσωτερικό των λευκών νάνων και τι σ’ αυτό των νετρονικών αστέρων; Όταν κοπάσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις στον πυρήνα των άστρων, η πίεση της ακτινοβολίας, που προη-γουμένως εξισορροπούσε τη βαρύτητα των υπερ-κείμενων στιβάδων,  μειώνεται. Ο πυρήνας του άστρου συρρικνώνεται και τα άτομα είναι τόσο κοντά το ένα στο άλλο, που τα ηλεκτρόνιά τους δεν μπορούν πλέον να κρατηθούν σε σαφείς στιβάδες και δραπετεύουν από τους πυρήνες τους. Οι πυρήνες πλέον κολυμπούν σε μια «θάλασσα» ηλεκτρονίων και η θάλασσα αυτή ανθίσταται στην πίεση της βαρύτητας. Την πίεση αυτή καλούμε «πίεση εκφυλισμού». Αν ο πυρήνας του άστρου είναι βαρύτερος από 1,44Μ κατά τον Chandrasekhar θα κατέληγε σε ό,τι απεχθέστερο κατά τον Eddington – σε μαύρη τρύπα. Κατά τον Zwicky όμως καταλήγει σε αστέρα νετρονίων, δηλαδή σε μια «θάλασσα» νετρονίων που προέρχονται από τη σύλληψη των ηλεκτρονίων από τους ατομικούς πυρήνες. Η θάλασσα αυτή των νετρονίων ανθίσταται πλέον στην πίεση των υπερκείμενων στιβάδων.
  Στο τέλος το 1937 ο Lev Davidovich Landau έδωσε σαν εναλλακτική παραγωγή ενέργειας στα άστρα εκτός από την πυρηνική σύντηξη, την πυρηνική θραύση. Υποστήριξε, ότι στον πυρήνα του Ήλιου και των άστρων υπάρχει ένας μικρός πυρήνας νετρονίων, στον οποίο πίπτοντα άτομα θρυμματίζονται με αποτέλεσμα την παραγωγή ενέργειας, που ακτινοβολείται. Ο Robert Oppenheimer – πατέρας της ατομικής βόμβας – κατέληξε στο συμπέρασμα, ότι αν συνέβαινε αυτό ο Ήλιος θάπρεπε να είναι πολύ μικρότερος, απ’ ό,τι φαίνεται και επεκτείνοντας τις μελέτες του έθεσε το ερώτημα: «Πόσο μεγάλο (διάβαζε βαρύ) μπορεί να είναι ένα άστρο νετρονίων;» Το ερώτημα ανέλαβε να προσεγγίσει ο George Volkoff φοιτητής του Oppenheimer. Ο δρόμος που ακολούθησε ήταν ο συμβατικός του Chandrasekhar για τους λευκούς νάνους, αλλά στη συγκεκριμένη περίπτωση μαζί με τους σχετικιστικούς νόμους θα έπρεπε να ληφθούν υπ’ όψη και οι κβαντικοί, πράγμα που καθιστούσε τους υπολογισμούς πολύ πολύπλοκους. Εν πάση περιπτώσει, με τη συνεργασία Oppenheimer, Volkoff και Richard Tolman βρέθηκε, ότι το όριο μάζας για τους νετρονικούς αστέρες ήταν μεταξύ 0,5Μ και αρκετών Μ. Σήμερα γνωρίζουμε ότι είναι μεταξύ 1,5-3Μ. Επίσης σήμερα οι μάζες των αστέρων νετρονίων που έχουν παρατηρηθεί, βρίσκονται κοντά στο κατώτερο όριο – άγνωστο γιατί. Ιδού πεδίο ερεύνης λαμπρό για νέους αστροφυσικούς!

    Κατά τη δεκαετία του 40 σταμάτησαν όλες οι έρευνες της φυσικής σε όλα τα πεδία εκτός από το εξής ευγενές ένα: αυτό της πυρηνικής σχάσης και της κατασκευής της ατομικής βόμβας. Η έρευνα αυτή συνεχίστηκε χαρούμενα και στη δεκαετία του 50  για την κατασκευή του ύστατου όπλου, της υπέροχης υπερβόμβας (βλ. υδρογόνου). 

Μόνο κατά το τέλος της δεκαετίας του 50 εμφανίζεται στο προσκήνιο ο John Archibald Wheeler, ένας από τους γονείς της βόμβας υδρογόνου, που υποστηρίζει κατηγορηματικά ότι νετρονικά αστέρια με μάζα πάνω από 2Μ περίπου, υφίστανται υποχρεωτικά βαρυτική κατάρρευση. Και ως άλλος Eddington συμπληρώνει, ότι κάποιος άλλος αδιευκρίνιστος φυσικός νόμος θα πρέπει να εμποδίζει αυτή την κατάρρευση. Αργότερα όμως, στις αρχές της δεκαετίας του 60, μετά από προσομοιώσεις σε Η/Υ της εποχής, ο Wheeler από πολέμιος των μαύρων τρυπών, γίνεται ενθουσιώδης υποστηρικτής τους.

    Από τα μέσα της δεκαετίας του 60 οι επιστήμονες χειρίζονται τις μαύρες τρύπες σαν πραγματικές, έτσι ώστε σήμερα σχεδόν όλοι να πιστεύουν, ότι υπάρχουν στ’ αλήθεια, αν και οι παρατηρήσεις τους είναι έμμεσες και όχι άμεσες. Θα αναφερθούμε σ’ αυτές τις παρατηρήσεις αργότερα. Ας σημειώσουμε κάπου εδώ ότι πριν παγιωθεί για πάντα το όνομα «μαύρη τρύπα», υπήρχαν διάφορα άλλα ονόματα όπως «ανωμαλία Schwarzschield», «παγωμένο άστρο», «καταρρέον άστρο» και ότι ο νονός του αντικειμένου αυτού ήταν ο Wheeler.

2. Οι παράξενες ιδιότητες 


    Πώς φαίνεται μια μαύρη τρύπα στο διάστημα; Φαίνεται σαν ένα εντελώς μαύρο, εντελώς σφαιρικό (αν δεν περιστρέφεται) αντικείμενο με περίμετρο 18,5*αΜ Km. Ας μεταφερθούμε τώρα στη γειτονία ενός μη περιστρεφόμενου άστρου μάζας μερικών Ήλιων, που πρόκειται να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα, μ’ ένα hi-tech διαστημόπλοιο, σε μια ασφαλή απόσταση ας πούμε 150000 Km και στέλνουμε ένα hi-tech θαλαμίσκο με ένα κλώνο μας στην επιφάνεια του άστρου, ο οποίος επικοινωνεί μαζί μας με λέιζερ. 
 Στην αρχή βλέπουμε τη φωτοβόλα επιφάνεια του άστρου. Όταν το άστρο αρχίζει να καταρρέει, βλέπουμε την επιφάνειά του να συρρικνώνεται κατ΄ αρχή με όλο και επιταχυνόμενο ρυθμό, κατόπιν όμως, όσο πλησιάζει τον ορίζοντα των γεγονότων ο ρυθμός αυτός επιβραδύνεται και η συρρίκνωση σταματά ακριβώς στον ορίζοντα των γεγονότων. Ταυτόχρονα μ’ αυτά το μήκος κύματος του φωτός του άστρου, επειδή η επιφάνεια του απομακρύνεται από μας, υφίσταται μια κινητική μετατόπιση Doppler προς το ερυθρό μέρος του φάσματος. Σ’ αυτή τη μετατόπιση προστίθεται μια βαρυτική μετατόπιση (βλέπε ΓΣΘ). Αργά στην αρχή και αστραπιαία στη συνέχεια, το φως του άστρου από το ορατό μέρος του φάσματος σαρώνει όλα τα μήκη κύματος προς το υπέρυθρο, τα ραδιοκύματα μήκους εκατοστών, ύστερα μέτρων, μετά χιλιομέτρων, έως ότου το μήκος κύματος γίνει άπειρο. Το άστρο γίνεται όλο και αμυδρότερο, ώσπου σβήνει εντελώς. Στη θέση του μένει το γνωστό σφαιρικό μαύρο αντικείμενο. Αν  η περιοχή είναι πλούσια σε διαστρικό αέριο η μαύρη τρύπα το ρουφάει με τη δύναμη της βαρύτητας. Τα άτομα του αερίου, που πέφτουν μέσα, κοντά στον ορίζοντα αναπτύσσουν σχετικιστικές ταχύτητες και συγκρούονται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα γύρω από την τρύπα να υπάρχει ένας λεπτός δακτύλιος θερμοκρασίας εκατομμυρίων που φωτοβολεί στο ορατό, υπεριώδες ακτίνες Χ και γ.

    Τι συνέβη στον κλώνο μας; Στην αρχή μας στέλνει την ακτίνα λέιζερ κανονικά. Ωστόσο, ακολουθώντας το φως της την επιφάνεια του άστρου, μετατοπίζεται σε όλο μεγαλύτερα μήκη κύματος, ώσπου σβήνει εντελώς. Ο κλώνος μας φτάνει στον ορίζοντα των γεγονότων με ταχύτητα ελάχιστα μικρότερη του φωτός, τον διαπερνά φθάνει στην «ανωμαλία» και συνθλίβεται σ’ αυτήν. Δε μας πειράζει και πολύ το γεγονός, εφ’ όσον έχουμε ακόμη 9 κλώνους στο αμπάρι του πλοίου – είναι αναλώσιμοι. Γι’ αυτό κατασκευάστηκαν!

    Τώρα θα στείλουμε ένα δεύτερο κλώνο, όμως όχι στον ορίζοντα, αλλά αργά και μαλακά, σε μια σπειροειδή τροχιά, να προσεγγίσει την τρύπα. Όσο λοιπόν πλησιάζει αρχίζει να αναφέρει ότι αισθάνεται κάποια δύναμη να τον τραβάει από τα πόδια και το κεφάλι, η οποία μεγαλώνει συνεχώς. Τον διατάζουμε να κουλουριαστεί αλλά η δύναμη, που εξακολουθεί να αυξάνει, τον ξετυλίγει και, πριν προλάβει να κάνει κάτι, τον κόβει  σε δυο κομμάτια που κολλούν στις αντίθετές άκρες του θαλαμίσκου. Η δύναμη αυτή είναι η παλιά γνωστή μας παλιρροϊκή δύναμη, που ανυψώνει και χαμηλώνει την επιφάνεια των ωκεανών μας. Πιο κοντά στον ορίζοντα διαλύεται και ο hi-tech θαλαμίσκος, τα συντρίμμια του τον διαπερνούν και πλησιάζουν σπειροειδώς στην ανωμαλία. Κοντά στην ανωμαλία, ούτε τα άτομα μπορούν να αντέξουν τις παλιρροϊκές δυνάμεις και διασπώνται και αυτά, πριν καταλήξουν να θρέψουν το παράξενο αυτό αντικείμενο. Οκτώ έμειναν!

    Ας βάλουμε πλώρη τώρα για μια συνηθισμένη γαλαξιακή μαύρη τρύπα ενός εκατομμυρίου Ήλιων κι ας στείλουμε τη συνηθισμένη μας αποστολή αυτοκτονίας. Ο θαλαμίσκος επιβραδύνει σταδιακά, έτσι ώστε να αποκτήσει σπειροειδή τροχιά και πλησιάζει τον ορίζοντα. Ξαφνικά, από καποιο σημείο και μετα, μια μικρή επιβράδυνση τον στέλνει σε μοιραία κατάδυση προς τα κάτω. Τι συμβαίνει; Από ένα σημείο και μετά ο Einstein παίρνει τα ηνία από τα χέρια του Νεύτωνα. Η βαρυτική έλξη αυξάνει πολύ πιο γρήγορα απ’ ό,τι προβλέπει η θεωρία του Νεύτωνα και για να παραμείνει σε τροχιά ο θαλαμίσκος, πρέπει να έχει γραμμική ταχύτητα ίση μ’ ένα σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός. Όμως ο κλώνος θα μπορούσε να κατεβεί κάθετα στον ορίζοντα και να αιωρηθεί λίγα μέτρα από πάνω του με τις μηχανές στο φουλ, για να αντισταθμίζει την τεράστια έλξη. Πράγματι ο θαλαμίσκος κατεβαίνει στο καθορισμένο ύψος, πολύ πριν όμως ο κλώνος έχει ισοπεδωθεί από την κολοσσιαία βαρύτητα (εκατοντάδες εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη της γήινης στο ύψος του ορίζοντα). Το δάπεδο του θαλαμίσκου γεμίζει από ένα ροζ ζελέ πάχους μερικών χιλιοστών. Επτά έμειναν.

    Ας φύγουμε για μια υποθετική μαύρη τρύπα «τέρας» μάζας μερικών δεκάδων τρισεκατομμυρίων Ήλιων και κρίσιμη περίμετρο μερικές δεκάδες έτη φωτός. Πλησιάζοντας παρατηρούμε ένα λαμπρό λεπτό δακτύλιο απίστευτης πολυπλοκότητας γύρω της. Η τρύπα δρα σα βαρυτικός φακός και καμπυλώνει τις ακτίνες των άστρων και των γαλαξιών πίσω της με αποτέλεσμα να βλέπουμε τα είδωλά τους (πολλαπλά μερικές φορές) γύρω της. Καιρός να στείλουμε το μελλοθάνατο εκεί έξω. Κάτι περίεργο συμβαίνει! Ο θαλαμίσκος πλησιάζει και αρχίζει να κατεβαίνει στο βαρυτικό πηγάδι της τρύπας. Κάτι περίεργο συμβαίνει! Αντί ο ορίζοντας που πλησιάζει να μετατραπεί σ’ ένα μαύρο δάπεδο, μια μαυρίλα αρχίζει να περικυκλώνει το θαλαμίσκο. Ταυτόχρονα όλα τα’ άστρα και οι γαλαξίες αρχίζουν να μαζεύονται σε μια περιοχή, αντιδιαμετρικά αντίθετη από τη μαύρη τρύπα, που διαρκώς μικραίνει (η περιοχή) σε γωνιακή διάμετρο, μέχρι να φθάσει σε μηδέν μοίρες ακριβώς πάνω στον ορίζοντα. Επίσης όλ’ αυτά τα αντικείμενα ακτινοβολούν σε μικρότερα μήκη κύματος απ’ ό,τι στην πραγματικότητα και όσο ο 7 πλησιάζει τον ορίζοντα το μήκος κύματος μετατοπίζεται από το κυανό στις ακτίνες Χ και τέλος στις σκληρές ακτίνες γ. Εκτός από το βάρος του – που δεκαπλασιάζεται περίπου – ο 7 δεν αντιλαμβάνεται καμιά αλλαγή στους φυσικούς νόμους. Στο μικρό ελεγχόμενο χώρο του θαλαμίσκου το φως τρέχει σε ευθεία με ταχύτητα c, και ο φωτισμός είναι κανονικός όπως πάντα. Ο 7 επιστρέφει κι εμείς γεμάτοι χαρά που δε σκοτώθηκε τον ανακηρύσσουμε σε «δίδυμό» μας.

    Μαζί πλησιάζουμε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα δυο δισεκατομμυρίων Ήλιων. 
Γύρω της στροβιλίζεται ένας δίσκος αερίων πριν χαθεί κάτω από τον ορίζοντα. Άστρα ολόκληρα που θα πλησιάσουν, θα ξεσχισθούν από τις παλιρροϊκές δυνάμεις και το αέριό τους, πριν φθάσει στον ορίζοντα, επιταχύνεται σε τέτοιες ταχύτητες, που από την τριβή θερμαίνεται σε θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών. Ταυτόχρονα δυο στενοί πίδακες αερίων ξεπηδούν από τους πόλους της τρύπας και διαχέονται στο διαγαλαξιακό κενό με σχετικιστικές ταχύτητες και σε αποστάσεις που φθάνουν τα εκατομμύρια έτη φωτός.

    Καιρός να πάμε σ’ ένα σύστημα με δυο μαύρες τρύπες, που περιστρέφονται η μια γύρω από την άλλη. Οι τρύπες χάνουν τροχιακή ενέργεια λόγω αυτής της περιστροφής και η απόσταση τους μικραίνει. Η ενέργεια αυτή ακτινοβολείται με τη μορφή κυμάτων βαρύτητας. Όντας σε απόσταση ασφαλείας βλέπουμε τις τρύπες να πλησιάζουν, τους ορίζοντές τους να ακουμπούν μεταξύ τους και να συνενώνονται. Απ’ αυτή τη συνένωση προκύπτει μια καινούργια, ταχύτατα περιστρεφόμενη, μεγαλύτερη τρύπα. Ένα μέρος της μάζας τους μετατρέπεται σε ενέργεια και διαφεύγει με τη μορφή κυμάτων βαρύτητας. Τα κύματα αυτά ρυτιδώνουν το χώρο γύρω από την τρύπα που προέκυψε, με αποτέλεσμα εμείς και το διαστημόπλοιο και ό,τι περιέχει να αισθανόμαστε ότι τεντωνόμαστε και συμπιεζόμαστε πολλές φορές εναλλάξ. Σε λίγο όλα είναι παρελθόν. Παρελθόν, μέλλον; Ποιος μπορεί να ξέρει; Σε μια μαύρη τρύπα, και μάλιστα κοντά στην ανωμαλία οι έννοιες αυτές μπερδεύονται. Αλλά αυτό είναι μια ιστορία που θα την πούμε κάποια άλλη φορά.
  Για την ώρα κάνουμε στροφή και κατευθυνόμαστε σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Ο ορίζοντάς της είναι παραμορφωμένος. Είναι εξογκωμένος στον ισημερινό και πεπλατυσμένος στους πόλους, λόγω της φυγόκεντρης δύναμης. Μας φαίνεται άλλωστε ωοειδής λόγω αυτής της περιστροφής και όχι ελλειψοειδής. Ένας ρομποτικός θαλαμίσκος (προσέχουμε το νέο φίλο μας) φεύγει από το πλοίο με αποστολή να είναι συνεχώς πάνω στην ευθεία, που συνδέει την τρύπα με το σκάφος. Όμως όσο ο θαλαμίσκος πλησιάζει την τρύπα δε μένει σ’ αυτή την ευθεία. Όσο πλησιάζει παρασύρεται σε στροβιλισμό γύρω από την τρύπα. Ο ίδιος ο χώρος περιστρέφεται γύρω από την τρύπα όπως ο αέρας σ’ ένα κυκλώνα. Ακριβώς στον ορίζοντα η ταχύτητα στροβιλισμού του χώρου είναι ίδια με την ταχύτητα περιστροφής της τρύπας.

    Τελικά όμως θα θέλαμε να μάθουμε τη μακροχρόνια δράση της γειτονιάς της μαύρης τρύπας στο ανθρώπινο σώμα. Αφού λοιπόν πάρουμε όλες τις προφυλάξεις που είναι δυνατό να σκεφτούμε, στέλνουμε το φίλο μας κοντά σ’ ένα ορίζοντα γεγονότων για αρκετό χρονικό διάστημα. Για κακή μας τύχη ο θαλαμίσκος δυσλειτουργεί και δεν μπορεί να διαφύγει παρ’ όλες τις προσπάθειές μας. Μετά από πολλά χρόνια και όντας πια πολύ γέροι, διακινδυνεύουμε μια κατάβαση έως εκείνο το σημείο σαν αποστολή διάσωσης. Μπαίνουμε στο θαλαμίσκο και τι βλέπουμε; Τον νέο εαυτό μας να μας χαμογελά. Κοιτάμε το ημερολόγιο στον τοίχο. Έχει περάσει μόλις μια μέρα από τότε (παλιά) που έφυγε από το πλοίο. Το τεράστιο βαρυτικό πεδίο κοντά στον ορίζοντα των γεγονότων έχει διαστείλει τον χρόνο, έτσι ώστε μια μέρα του θαλαμίσκου να αντιστοιχεί σε πολλά χρόνια μακριά απ’ αυτόν. Αφήνουμε το θαλαμίσκο στην τύχη του και επιστρέφουμε με το κύριο διαστημόπλοιο στον κανονικό χωροχρόνο μακριά απ’ την τρύπα. Εκεί, με τον κατάλληλο εξοπλισμό, περνώ τις αναμνήσεις μου και τον ψυχισμό μου στο νεώτερο σώμα και καταστρέφω το γηρασμένο. Είμαι πάλι μόνος μου (με άλλους 6 δυνάμει «δίδυμους») αλλά είμαι ο ίδιος; Δεν το ξέρω!

    Τελειώνοντας εδώ το παράξενο ταξίδι  μας δε θάπρεπε να παραλείψουμε ν’ αναφέρουμε, ότι θεωρητικά θα μπορούσαμε να αντλήσουμε ενέργεια από την περιστροφή του χώρου σε μια στροβιλιζόμενη μαύρη τρύπα Το ενεργειακό απόθεμα της περιστροφής της φθάνει τις αρκετές χιλιάδες Ήλιους. Επίσης θα ήταν παράλειψη να μη πούμε για τη θεωρητική ύπαρξη των λεγόμενων Αρχέγονων Μαύρων Τρυπών, με μάζα ένα δισεκατομμύριο τόνους και μέγεθος μικρότερο από έναν ατομικό πυρήνα, που υποτίθεται ότι επέζησαν από τον σχηματισμό του σύμπαντος κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι εν λόγω τρύπες χάνουν μάζα (εξατμίζονται) μέσω ενός φαινομένου, που ονομάζεται «ακτινοβολία Hawking» και αποκτούν θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών, έως ότου εξαφανιστούν σε μια γιγάντια έκρηξη ακτινοβολίας.

                                     3. Παρατηρησιακά δεδομένα
 Τα πρώτα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ που εκτοξεύτηκαν, έδειξαν πολυάριθμες πηγές αυτών των ακτίνων στον ουρανό. Μία απ’ αυτές στον αστερισμό του Κύκνου (Κύκνος Χ1) αναλύθηκε με μεγάλη ακρίβεια και έδειξε, ότι ανήκει σε ένα διπλό σύστημα που αποτελείται από έναν αστέρα της κύριας ακολουθίας με ένα αόρατο συνοδό 6-7Μ. Δεδομένου ότι ένα τέτοιο σώμα που είναι αόρατο δεν μπορεί να υπάρχει και ότι οι εκπεμπόμενες ακτίνες Χ μαρτυρούν ένα δίσκο προσαύξησης, οι αστρονόμοι κατέληξαν ότι είναι ένας καλός υποψήφιος μαύρης τρύπας αστρικών διαστάσεων.
  Παρατηρήσεις πυρήνων ενεργών γαλαξιών ή/και κβάζαρ έχουν δείξει ότι οι «κεντρικές μηχανές» τους δαπανούν ενέργεια πολλών δισεκατομμυρίων ή τρισεκατομμυρίων Ήλιων. Επίσης μετρήσεις της λαμπρότητας των πυρήνων αυτών, έδειξαν διακυμάνσεις λαμπρότητας χρονικής περιόδου μερικών μηνών ή ενός έτους. Αυτό δείχνει, ότι η λαμπρότητα προέρχεται από μια περιοχή μερικών μηνών ή ενός έτους φωτός. Εφ’ όσον δεν έχουμε βρει ένα φυσικό μηχανισμό να εξηγεί τα φαινόμενα αυτά εκτός της μαύρης τρύπας, οδηγούμαστε συμπερασματικά στην ύπαρξη αυτής.

    Στις παραπάνω σελίδες είδαμε μερικούς από τους πρωταγωνιστές στην ιστορία των μαύρων τρυπών και μερικές – ίσως τις περισσότερες – από τις παράξενες ιδιότητές τους. Η ύπαρξή τους θεωρείται σίγουρη από τους αστρονόμους και σήμερα το πεδίο αυτό έρευνας θεωρείται εξαντλημένο. Σε περίπτωση άμεσης παρατήρησης μιας μαύρης τρύπας, είναι σίγουρο ότι το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας θα αναζωπυρωθεί. Ακόμη και σε περίπτωση απόρριψης αυτής της θεωρίας θα οδηγηθούμε σε άλλες συναρπαστικότερες ανακαλύψεις, χωρίς καμιά τύψη που πιστεύαμε σε μια φενάκη. Η επιστήμη προχωρεί εξ ορισμού μέσα από διαψεύσεις και βελτιώσεις.   



Πηγές 1) Ιγκορ Νόβικοφ "Οι μαύρες τρύπες και τ Σύμπαν"
2)Λέοναρντ Σάσκιντ. Ο πόλεμοπς της μαύρης τρύπας
3) Κιπ Θορν. "Μαύρες τρύπες και στρεβλώσεις του χρονου Ι & ΙΙ












Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου