Secretele găurilor negre pot fi dezvăluite doar cu ajutorul matematicii

"Găurile negre sunt extraordinar de legate de matematică până acolo încât putem susține că tot ce înseamnă o gaură neagră poate fi descris prin intermediul matematicii", a declarat Richard Henry, astronom la Universitatea Johns Hopkins.

Richard Henry a prezentat o nouă modalitate de a studia găurile negre prin intermediul matematicii cu ocazia celei de-a 228 întruniri a Societății Astronomice Americane ce a avut loc în urmă cu o lună la San Diego.

Atunci când o stea masivă își termină combustibilul de fuziune poate să se prăbușească în sine, transformându-se într-o gaură neagră. Găurile negre supermasive, care se află în centrul galaxiilor pot înghesui câteva milioane de mase solare în interiorul unei regiuni din spațiu nu mai mare decât un proton, conform lui Henry. Această masă enormă, compactată într-un spațiu atât de mic, nu lasă nimic să-i scape, nici măcar lumina. Oamenii de știință nu pot observa decât marginile exterioare ale unei găuri negre, denumite orizontul evenimentului — locul unde materia exterioară interacționează cu gaura neagră. Prin urmare ei pot determina trei dintre proprietățile unui astfel de monstru cosmic: masa, spinul și sarcina sa electrică.

Masa incredibil de mare a unei găuri negre deformează extrem de mult textura continuului spațiu-timp în jurul său. Apelând doar la matematică pentru a descrie spațiu-timpul din jurul găurilor negre, Henry și colegii săi, Kielan Wilcomb și James Overduin, ambii de la Universitatea Towson din Maryland, au descoperit o nouă modalitate de a "explora" aceste structuri care par a fi mult mai complexe decât au fost descrise anterior.

Descrierile matematice tradiționale ale găurilor negre sugerează faptul că curbura spațiului la orizontul evenimentului este constantă și pozitivă, ca o sferă, și astfel oamenii de știință pot folosi un sistem de coordonate aplicabil sferelor (spre exemplu longitudine și latitudine) pentru a descrie acest spațiu. Mai mult decât atât, un sistem de coordonate conceput special pentru un anumit tip de spațiu curb nu va fi întotdeauna aplicabil la orice tip de spațiu curb. În studiul ei, echipa coordonată de Richard Henry a folosit exemplul unei hărți a Pământului transpusă dintr-o sferă într-o suprafață plană. În așa-numitele proiecții Mercator, Groenlanda apare mai mare decât SUA, deși în realitate nu are decât un sfert din suprafața SUA. În mod similar, cercetătorii susțin că sistemul de coordonate folosit pentru a măsura locații din apropierea găurii negre și din interiorul acesteia trebuie să se schimbe în funcție de regiunea care trebuie măsurată.

Pornind de la acest fapt, echipa a hotărât să se concentreze asupra unor cantități matematice denumite invarianți. Invarianții își mențin aceleași valori indiferent de sistemul de coordonate folosit pentru a-i descrie. Spre exemplu, numărul care descrie lungimea unei nave spațiale care se îndreaptă spre o gaură neagră se poate schimba pe măsură ce nava trece prin diferite sisteme de coordonate, dar invarianții săi vor rămâne mereu constanți.

Majoritatea celor 17 invarianți legați de diferite tipuri de găuri negre pot fi conectați matematic. Conform echipei coordonate de Richard Henry, doar 5 sunt cu adevărat independenți, ceea ce înseamnă că valorile lor nu sunt legate de valorile altor invarianți — iar oamenii de știință pot folosi acești cinci invarianți pentru a construi simulări cu privire la ce se întâmplă dincolo de orizontul evenimentului unei găuri negre.

Echipa a descris acești cinci invarianți, pe unii dintre ei în premieră, dezvăluind astfel o parte din complexa lume interioară a găurilor negre. Ecuațiile lor au confirmat că, spre exemplu, o gaură neagră care se rotește include regiuni în care spațiu-timpul are curbură negativă, asemenea suprafeței unei șei, care este asociată unei caracteristici denumită câmp gravitomagnetic, responsabilă pentru producerea enormelor jeturi de energie-materie ce erup din unele găuri negre supermasive din centrul galaxiilor.

"Găurile negre sunt alte lumi. Dacă intri acolo, nu te mai întorci niciodată", a mai susținut Richard Henry, completându-l pe marele Stephen Hawking care susținea recent același lucru. Universul nostru nu este unic, existând numeroase alte universuri, iar găurile negre sunt pasaje spre alte astfel de universuri, susținea celebrul astrofizician britanic Stephen Hawking într-un articol scris alături de Andrew Strominger, de la Universitatea Harvard și de Malcom Perry, de la Universitatea Cambridge și publicat în revista Physical Review Letters. Astfel, dacă un nefericit astronaut ar cădea într-o gaură neagră, el nu va rămâne blocat acolo. Desigur că nu ar putea reveni în Universul din care provine, dar se va putea îndrepta spre un alt Univers, conform fizicianului britanic care și-a expus această teorie în cadrul unei conferințe organizate la Universitatea din Stockholm.

Ipoteza lansată de Hawking este o încercare de a rezolva o problemă care le dă bătăi de cap fizicienilor de multă vreme: ce se întâmplă cu un obiect care trece de orizontul evenimentului unei găuri negre, locul de unde nici măcar lumina nu mai poate evada. Conform legilor fizicii, informația despre respectivul obiect trebuie păstrată, chiar dacă obiectul respectiv este distrus, iar acest paradox îi pune în încurcătură pe fizicieni de mai multe decenii. Stephen Hawking este de părere că informația este păstrată în orizontul evenimentului, ceea ce înseamnă că nu "cade" niciodată prin gaura neagră. Astfel un astronaut care ar fi atras de o gaură neagră ar putea să nu dispară cu totul și ar rămâne probabil sub formă de hologramă "imprimată" pe orizontul evenimentului sau ar trece prin gaura neagră și ar ieși în altă parte, probabil într-un alt Univers.

Citeşte şi STUDIU: Găurile negre distrugătoare şi creatoare