Nie osobliwość, a gwiazda Plancka drzemie we wnętrzu każdej czarnej dziury

Gwiazdy Plancka - zrodzone we wnętrzu czarnych dziur - mogą rozwiązać jedną z największych tajemnic astrofizyki. A na dodatek emitują ogromne ilości promieniowania gamma, które wychwytują współczesne teleskopy.

Niedawno Stephen Hawking zaszokował astronomów sformułowaniem, że czarne dziury nie istnieją w formie, w jakiej do tej pory je sobie wyobrażaliśmy. Teraz pojawiło się jeszcze bardziej zaskakujące wyjaśnienie dotyczące natury wszechświata. Okazuje się, że w centrum każdej czarnej dziury może znajdować się nie tzw. osobliwość nieskończenie gęstej materii, lecz tajemnicza gwiazda Plancka.

Uwolnić światło

Reklama

Obowiązująca do tej pory teoria zakładała, że czarne dziury powstają w konsekwencji procesu umierania gwiazd. Gdy odpowiednio masywne ciało niebieskie traci swoje paliwo, zaczyna zapadać się pod własnym ciężarem (tzw. kolaps grawitacyjny) i powstaje osobliwość. Jest to punkt przestrzeni, z którego nieprawdopodobnie silna grawitacja nie pozwala wydostać się nawet światłu, a materia jest nieskończenie gęsta.

Słynny astrofizyk, prof. Stephen Hawking zakwestionował tę tezę sugerując, że założenia fizyki kwantowej pozwalają światłu wydostać się z czarnej dziury. Hawking zaproponował pojęcie tzw. pozornego horyzontu, który od horyzontu zdarzeń - granicy wokół czarnej dziury, po przekroczeniu której nic nie może wydostać się z pola grawitacyjnego - różni się odniesieniem do czasu. Spoza klasycznego horyzontu zdarzeń światło "nigdy" się nie wydostaje, podczas gdy z pozornego horyzontu nie jest w stanie wydostać się "teraz". Zaburzenia czasoprzestrzeni lub duże deformacje czarnych dziur, mogą rozluźnić grawitacyjne więzy krępujące światło.

- Brak horyzontu zdarzeń oznacza, że czarne dziury rozumiane jako obiekty, z których światło nie może uciec, nie istnieją. Z punktu widzenia klasycznych teorii czarnych dziur, nie ma z nich ucieczki. Teoria kwantowa pozwala energii i informacji na wydostanie się z czarnej dziury - powiedział Hawking.

Kwantowe komplikacje

Nawet akceptacja koncepcji Hawkinga nie rozwiązuje wszystkich problemów, jakie współcześni astrofizycy mają z czarnymi dziurami. Wystarczy wspomnieć o tzw. paradoksie informacyjnym czarnej dziury, który pojawia się po połączeniu teorii ogólnej względności z mechaniką kwantową. Kiedy czarne dziury emitują promieniowanie - tzw. promieniowanie Hawkinga - tracą jedocześnie masę. Stoi to jednak w opozycji do praw mechaniki kwantowej, gdyż promieniowanie Hawkinga nie zawiera żadnych informacji, a te nie mogą całkowicie zniknąć.

Dwójka astrofizyków Carlo Rovelli z francuskiego Uniwersytetu Toulon i Francesca Vidotto z Uniwersytetu Radboud w Holandii odkryła, że wewnątrz każdej czarnej dziury majaczy się kwantowa pozostałość gwiazdy, z której powstała.

Do takich wniosków naukowcy doszli poprzez analizę scenariusza Wielkiego Kolapsu, czyli jednego z hipotetycznych końców wszechświata. Zgodnie z nim, do tej pory uważano, że gdy wszechświat przestanie się rozszerzać i zacznie grawitacyjnie zapadać, wytworzy się jedna, ogromna osobliwość, która następnie eksploduje w kolejnym Wielkim Wybuchu, zaczynając cały cykl od nowa. Obserwacje Rovelli i Vidotto wskazują, że nic takiego jednak się nie wydarzy. Dlaczego? Kwantowe efekty grawitacyjne nie pozwolą aż na tak intensywną kompresję materii - w skali Plancka pojawią się oddziaływania podobne do tych, które uniemożliwiają elektronowi zapadnięcie się na jądro atomu, które okrąża. Takie same zjawiska mogą zachodzić w centrach czarnych dziur, a "widmowe" pozostałości gwiazd, które je indukują nazwali gwiazdami Plancka.

Życie i śmierć

Gwiazdy Plancka są jednymi z najbardziej skompresowanych obiektów we wszechświecie - są zaledwie 30 razy większe od długości Plancka (najmniejszej długości mającej fizyczny sens) i żyją niezwykle krótko. Astrofizycy twierdzą, że gwiazdy Plancka umierają już po jednym przelocie światła przez nie. Ponieważ jednak wyjątkowo silnie oddziałują grawitacyjnie, czas dla nich zwalnia i zewnętrzny obserwator ma wrażenie, że żyją dokładnie tyle, ile otaczające je czarne dziury. To one, a nie jak dotąd uważano - osobliwości, są prawdziwymi "rdzeniami" czarnych dziur.

Ponieważ czarna dziura stale emituje promieniowanie Hawkinga, całym czas się zmniejsza. W końcu dochodzi do momentu, gdy jej granica spotyka się z przestrzenią wydzielaną przez gwiazdę Plancka. Wtedy to dochodzi do gwałtownego uwolnienia całej materii, a w związku z tym kwantowych informacji, co automatycznie rozwiązuje paradoks informacyjny. Rovelli i Vidotto przekonują, że uwolnienie kwantowych informacji generuje promieniowanie o energii kwantu większej od 50 keV, czyli promieni gamma.

Wszechświat jest wypełniony po brzegi mglistym tłem promieniowania gamma, które astrofizycy już dość szczegółowo obserwują przy użyciu krążących na orbicie okołoziemskiej teleskopów. Teraz, jak po nitce do kłębka, od promieni gamma chcą trafić bezpośrednio do gwiazd Plancka.

Najlepsze tematy