Egy új elmélet szerint a fekete lyukak talán nem is feketék, és nem is lyukak

Mi van, ha a fekete lyukak, a kozmosz mindent elnyelő gravitációs behemótjai valójában egyáltalán nem feketék, sőt, talán nem is lyukak? Egy...

Mi van, ha a fekete lyukak, a kozmosz mindent elnyelő gravitációs behemótjai valójában egyáltalán nem feketék, sőt, talán nem is lyukak? Egy új elmélet szerint a fekete lyukak sötét csillagok lehetnek, amelyeknek szíve rendkívül sűrű, egzotikus anyagból áll.

Ez segíthet megmagyarázni az univerzum egyik legnagyobb rejtélyét, a sötét anyag eredetét és természetét.

A fekete lyukak valóságos példái Albert Einstein relativitáselméletének. Vannak olyan helyek az univerzumban, ahol óriási sűrűségű anyagmennyiségek nyújtják a tér és az idő szövetét, végtelen mély gravitációs kutat alkotva, ahonnan még a fény sem tud elmenekülni, ezért kapták a "fekete lyuk" nevet.

A tudósok úgy vélik, hogy minden fekete lyuk középpontjában egy végtelenül kicsi és sűrű pont található, amelyet szingularitásnak neveznek. A gravitáció olyan erős a szingularitásban, hogy eseményhorizont jön létre körülötte, ahol a gravitáció húzóereje meghaladja a fénysebességet is.

Végtelenül kis szingularitásoknál a fizika törvényei megbomlanak. Ekkor a látszólag egymással ellentétes fizikai területek - a kvantummechanika (a szuper apró leírása) és az általános relativitáselmélet (a nagyon nagy leírása) -, szembekerülnek. A fekete lyukak természetének tanulmányozásával a kutatók azt remélik, hogy a két mezőt egyesíthetik a kvantumgravitáció egységes elméletében.

Hogy mi a probléma? A szingularitás fizikailag lehetetlen, mert az anyag nem képes végtelenül kis ponttá zsugorodni.

A fizikusok ügyesen kikerülték ezt a kérdést, feltalálva saját szingularitás nélküli fekete lyukukat, amit "sötét csillagnak" hívnak. Ez az ötletes alkotás kívülről fekete lyukként jelenik meg, belül azonban rendkívül (de nem végtelenül) kicsi méretre tömörödött anyagmagot vagy egy "Planck-magot" tartalmaz. Nevét a hihetetlenül kicsi Planck-hossznak nevezett alapvető mértékegységről kapta, amely 10⁻³⁵ méter nagyságrendű, vagyis nagyjából 100 billiószor kisebb, mint egy proton.

Anélkül, hogy a középpontjában egy szingularitás lenne, egy sötét csillag elméletileg lehetővé teheti a fény számára, hogy elkerülje az erős gravitációs vonzást. Bármely fény, amely elkerülné a fekete lyukat, úgy nyúlna meg, mint egy nyálka a sötét csillag gravitációs vonzerejétől - ezt a megfigyelhető jelenséget a tudósok vöröseltolódásnak nevezik.

"Erős gravitációs térben a sötét csillagok érdekes módon viselkednek," - írja Igor Nyikityin fizikus, a német Fraunhofer Tudományos Algoritmusok és Számítástechnikai Intézet új cikkében. (1)

"Először is az igazi fekete lyukakra jellemző eseményhorizont törlődik. Ehelyett egy mély gravitációs kút képződik, ahol a vöröseltolódás értékei rendkívül nagyok lesznek. Ennek eredményeként egy külső megfigyelő számára a csillag feketének tűnik, mint egy igazi fekete lyuk."

Ha ez a jelenség fennáll, Nyikityin szerint ez segíthet megmagyarázni a sötét anyag valódi természetét.

A csillagászok akkor fedezték fel először a sötét anyag létét, amikor megfigyelték, hogy a csillagok a galaxisok körül gyorsan forognak, tekintettel az anyag mennyiségére. Ma már tudjuk, hogy a világegyetem tömegének nagyjából 85 százaléka sötét anyag, amely teljesen láthatatlan az emberek számára. Annak ellenére, hogy tudják, hogy a sötét anyag ott van, a tudósok még mindig nem igazán tudják, honnan származik.

Nyikityin kutatása szerint, ha a fekete lyukak Planck-magokat tartalmaznának, akkor potenciális forrásai lehetnek a sötét anyagnak. Vizsgálata szerint a sötét csillagok folyamatosan kibocsáthatnak részecske áramot sötét anyag formájában - ez elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza a csillagok gyors forgását a galaxisok körül.

"Még egy érdekes lehetőség, hogy a sötét anyag ismert részecskékből áll, melyek szokatlan állapotban vannak," - mondja Nyikityin.

A részecskék olyan egyszerűek lehetnek, mint a fényrészecskék vagy fotonok, amelyek vöröseltolódtak olyan széles hullámhosszon, hogy gyakorlatilag láthatatlanok a modern rádióteleszkópok számára, mondja. "Rendkívül nagy hullámhosszúságú, körülbelül 4 fénynap, a Nap-Plútó távolság 16-szorosa."

Ezeknek a fotonoknak az energiája rendkívül kicsi lenne, de elegendő mennyiségű lehet ahhoz, hogy megmagyarázzák a csillagok szokatlan mozgását a galaxisuk körül.

Nyikitin szerint elmélete megmagyarázhatja a kozmosz egy másik megoldatlan rejtélyét: a gyors rádiókitörések eredetét.

A csillagászok először 2007-ben fedezték fel ezeket az erős, rövid élettartamú rádióhullámokat, de eredetük és természetük rejtve maradt a tudósok előtt. Ha egy olyan tárgy, mint egy aszteroida, beleesne egy Planck-magba, Nyikityin szerint nagy energiájú fényhullám felvillanások szabadulhatnak fel. A sötét csillag erőteljes gravitációja megváltoztatná a fényt, ami a Földön kimutatható látszólagos gyors rádiókitörést hozna létre.

Bár a sötét csillagok segíthetnek az univerzum két legnagyobb rejtélyének megoldásában, még mindig van egy csomó megfigyelési bizonyíték, amelyet Nyikityin ötletének meg kellene magyaráznia a fekete lyukak széles körben elfogadott elméletének helyettesítésére. Elmélete azonban azt mutatja, hogy a szokatlan gondolkodás kreatív megoldásokat kínál a látszólag lehetetlen problémákra. (2)

(1) - https://arxiv.org/abs/2102.07769
(2) - https://www.popularmechanics.com/space/