Η μαύρη τρύπα της διαστημικής γειτονιάς μας

Με μεγάλο ενδιαφέρον αναμένει η επιστημονική κοινότητα αλλά και η κοινή γνώμη την ανακοίνωση της NASA που θα γίνει στις 16.00 το μεσημέρι ώρα Ελλάδας. Επιστήμονες σε ταυτόχρονες συνεντεύξεις Τύπου, σε έξι μεγάλες πόλεις, πρόκειται να μιλήσουν για ένα επίτευγμα που θα γράψει ιστορία, χωρίς να έχει γίνει επισήμως γνωστό τι ακριβώς αφορά.

Όλες οι πληροφορίες συγκλίνουν στο ότι θα ανακοινωθεί πως κατέστη εφικτή για πρώτη φορά η απευθείας παρατήρηση και καταγραφή εικόνων από μια μαύρη τρύπα, πιθανότατα από αυτή που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. Επίκεντρο των ανακοινώσεων θα είναι η Ουάσινγκτον, όπου την ανακοίνωση θα κάνουν οι διευθυντές του ΕΗΤ Σέφερντ Ντόουλμαν και του NSF Φρανς Κόρντοβα.

Ταυτόχρονες συνεντεύξεις Τύπου θα πραγματοποιηθούν στις Βρυξέλλες, στη Σανγκάη, στην Ταϊπέι, στο Σαντιάγο της Χιλής και στο Τόκιο.

Τι είναι, όμως, μία μαύρη τρύπα;

Το 1915 ο Άλμπερτ Αϊνστάιν παρουσίασε μία επαναστατική ιδέα, η οποία έμελλε να αλλάξει ριζικά τη θεώρηση που είχε η ανθρωπότητα για τη βαρύτητα και τη φύση του χώρου και του χρόνου.

Σύμφωνα με τη θεωρία του κορυφαίου φυσικού, οι τρεις χωρικές διαστάσεις και αυτή του χρόνου αποτελούν μία οντότητα η οποία ονομάζεται χωροχρόνος. Για να το καταλάβουμε καλύτερα, θα μπορούσαμε να φανταστούμε ένα τεντωμένο ύφασμα το οποίο καμπυλώνεται στις περιοχές όπου υπάρχουν μάζες. Όσο μεγαλύτερες είναι αυτές οι μάζες, τόσο μεγαλύτερη είναι και η καμπύλωση του χωροχρόνου.

Αυτό το μοντέλο άλλαξε ριζικά την εικόνα της βαρύτητας όπως αναλυόταν από τον Νεύτωνα, ο οποίος πρώτος ασχολήθηκε με αυτήν, δίνοντας μάλιστα και τους ανάλογους μαθηματικούς τύπους. Σύμφωνα με τον Νεύτωνα, η βαρύτητα είναι μία δύναμη που ασκείται ακαριαία μεταξύ δύο σωμάτων.

Όπως προέκυψε όμως από τη θεωρία της σχετικότητας, η βαρύτητα είναι το αποτέλεσμα της καμπύλωσης του χωροχρόνου που προκαλείται από την ύπαρξη μιας μεγάλης μάζας. Δηλαδή τα σώματα δεν έλκονται, αλλά αναγκάζονται να ακολουθήσουν την καμπύλωση του χωροχρόνου κινούμενα στις συντομότερες τροχιές.

Αυτή η θεωρία, λοιπόν, του Αϊνστάιν οδήγησε σε μία πολύ παράξενη ιδέα. Στην ιδέα ύπαρξης ενός σώματος με πολύ μεγάλη μάζα, η οποία είναι συγκεντρωμένη σε έναν πολύ μικρό χώρο. Ένα τέτοιο σώμα θα μπορούσε να καμπυλώσει τον χωροχρόνο σε τέτοιο βαθμό γύρω του, που η καμπύλωση θα δημιουργούσε έναν δρόμο.

Ένα τέτοιο αντικείμενο μπορεί να σχηματισθεί στο τέλος της ζωής ενός μεγάλου άστρου. Ο πυρήνας καταρρέει κάτω από τη βαρύτητα του σώματος και συμπιέζεται σε ένα πολύ σημείο άπειρης πυκνότητας, το οποίο ονομάζεται μοναδικότητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσα ο χωροχρόνος γύρω από το σημείο να καμπυλωθεί τόσο έντονα, που πρακτικά αποκόβεται από το υπόλοιπο σύμπαν. Δηλαδή, τίποτα δεν μπορεί να δραπετεύσει από αυτόν τον χώρο, καμία πληροφορία, ούτε καν το ίδιο το φως. Ο σκοτεινός χώρος γύρω από αυτό το σημείο ονομάζεται μαύρη τρύπα, όρος που επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό Τζον Γουίλερ.

Μέχρι τώρα έχουν βρεθεί δύο τύποι μαύρων οπών: οι αστρικές (μερικές φορές βαρύτερες από τον ήλιο μας) ή οι υπερμεγέθεις (περίπου τόσο βαριές όσο κι ένας μικρός γαλαξίας).

Η απλούστερη μαύρη τρύπα είναι μία τρύπα σταθερή με αμελητέα περιστροφή. Για τις μαύρες τρύπες αυτές μίλησε ο Γερμανός φυσικός Karl Schwarzschild . Σύμφωνα με τον Schwarzschild, οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να γίνει μαύρη τρύπα αρκεί να γίνει τόσο πυκνό, που η ταχύτητα που θα απαιτείται για να διαφύγουμε από το βαρυτικό του πεδίο να είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός.

Μπορούμε να υπολογίσουμε την ακτίνα μίας τέτοιας σφαίρας με τον τύπο Rs=2GM/c2. Έτσι, αν θέλαμε να μετατρέψουμε τη Γη σε μαύρη τρύπα, θα έπρεπε να εγκλωβίσουμε όλη τη μάζα της μέσα μία σφαίρα ακτίνας 9 χιλιοστών. Αν πάλι θέλαμε να μετατρέψουμε τον ήλιο σε μαύρη τρύπα, θα έπρεπε να εγκλωβίσουμε τη μάζα του σε μία σφαίρα ακτίνας 3 χιλιομέτρων.

Ορίζοντας γεγονότων

Η περίμετρος μίας μαύρης τρύπας ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Πρόκειται στην ουσία για σύνορο από το οποίο δεν μπορεί να δραπετεύσει καμία πληροφορία.

Με τις μαύρες τρύπες ασχολήθηκε επισταμένα ο μεγάλος Βρετανός φυσικός Στήβεν Χόκινγκ, ο οποίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι μαύρες τρύπες ακτινοβολούν. Όπως υποστήριξε ο Χόκινγκ, το κενό μπορεί να γεννήσει ζεύγη εικονικών σωματιδίων τα οποία εξουδετερώνονται μεταξύ τους πριν καν παρατηρηθούν.

Εάν, όμως, ένα τέτοιο ζεύγος δημιουργηθεί πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, τότε τα σωματίδια δεν θα προλάβουν να εξουδετερωθούν, άρα το εξωτερικό σωματίδιο θα δραπετεύσει και θα γίνει πραγματικό. Έτσι η μαύρη τρύπα θα μοιάζει να εκπέμπει ακτινοβολία, η οποία ονομάζεται ακτινοβολία Χόκινγκ.

Μέχρι σήμερα η ύπαρξη των μαύρων οπών τεκμαίρεται έμμεσα από τις επιδράσεις που ασκούν στο περιβάλλον τους, αλλά ποτέ κανείς δεν έχει «δει» μια μαύρη τρύπα ή μάλλον τι υπάρχει γύρω από μια μαύρη τρύπα.

To τηλεσκόπιο ΕΗΤ

Το τηλεσκόπιο ΕΗΤ αποτελείται από ένα ευρύ δίκτυο διάσπαρτων τηλεσκοπίων σε διάφορα μέρη του κόσμου, δημιουργώντας -μέσω διασύνδεσής τους- ένα τεράστιο εικονικό τηλεσκόπιο με μέγεθος σχεδόν όσο η Γη.

Με αυτόν τον τρόπο, δημιουργείται αρκετή δυνατότητα μεγέθυνσης, ώστε να απεικονισθεί η περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα, ιδίως του λεγόμενου «ορίζοντα γεγονότων», δηλαδή της «περιμέτρου» πέρα από την οποία τίποτε δεν μπορεί να δραπετεύσει, ούτε το φως. Είναι, συνεπώς, προφανές ότι είναι αδύνατο να φωτογραφηθεί το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας, αφού δεν βγαίνουν φωτόνια από εκεί.

Μέχρι τώρα το τηλεσκόπιο ΕΗΤ έχει στρέψει την προσοχή του σε δύο μαύρες τρύπες, οι οποίες έχουν τους μεγαλύτερους «ορίζοντες γεγονότων», όπως φαίνονται από τη Γη: στην κεντρική μαύρη τρύπα του γαλαξία μας (γνωστή και ως «Τοξότης Α*») και στην ακόμη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γιγάντιου γαλαξία Μ87. Κατά πάσα πιθανότητα η ανακοίνωση θα αφορά σε μια από αυτές τις δύο μαύρες τρύπες (ή και τις δύο!).