Η επιστημονική κοινότητα γνωρίζει εδώ και καιρό ότι δύο μαύρες τρύπες μπορούν να συγκρουστούν και να συγχωνευθούν σε μία, αλλά το ερώτημα αν μπορεί να συμβεί το αντίθετο —δηλαδή αν μια μαύρη τρύπα μπορεί να διασπαστεί σε δύο μικρότερες— παρέμενε ένα συναρπαστικό θεωρητικό αίνιγμα. Μια νέα μελέτη, με τίτλο «When Black Holes Admit Pair-of-pants Topologies», που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review D, επιχειρεί να δώσει απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα. Οι ερευνητές διερεύνησαν τους φυσικούς νόμους που εμποδίζουν μια τέτοια διαδικασία, καθώς και τις ειδικές συνθήκες υπό τις οποίες ένας τέτοιος διαχωρισμός θα μπορούσε να καταστεί εφικτός. Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους ορίζοντες στην κατανόηση της δυναμικής των μαύρων τρυπών, αμφισβητώντας καθιερωμένες αντιλήψεις για τη σταθερότητά τους στο σύμπαν.
Οι θερμοδυναμικοί περιορισμοί και η εντροπία
Σύμφωνα με τους φυσικούς, οι μαύρες τρύπες δεν διασπώνται υπό κανονικές συνθήκες, κυρίως λόγω των νόμων της θερμοδυναμικής. Ένα κρίσιμο μέγεθος σε αυτή την εξίσωση είναι η εντροπία, η οποία για μια μαύρη τρύπα αποτελεί μέτρο των διαφορετικών μικροσκοπικών καταστάσεων στις οποίες μπορεί να βρεθεί το σύστημα, διατηρώντας την ίδια εξωτερική εμφάνιση. Για μια συνηθισμένη, μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, η διάσπαση σε δύο μικρότερες θα οδηγούσε σε μείωση της συνολικής εντροπίας, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία θερμοδυναμικά δυσμενή. Αυτός ο περιορισμός λειτουργεί ως φυσικό «φρένο» που εμποδίζει τη διάσπαση, καθιστώντας την απίθανη για τα περισσότερα αντικείμενα αυτού του είδους που παρατηρούμε στο διάστημα.
Ο ρόλος της ταχείας περιστροφής
Τα δεδομένα αλλάζουν δραματικά όταν εξετάζουμε μαύρες τρύπες που περιστρέφονται με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Οι υπολογισμοί της ερευνητικής ομάδας υποδεικνύουν ότι η ταχεία περιστροφή παρέχει ένα πιθανό «παραθυράκι» που θα μπορούσε να επιτρέψει τη διάσπαση. Ωστόσο, η πρόκληση δεν σταματά εκεί, καθώς οι δύο νέες μαύρες τρύπες που θα προέκυπταν πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να απομακρυνθούν η μία από την άλλη, αντί να καταρρεύσουν αμέσως ξανά λόγω της βαρυτικής έλξης. Όταν συνυπολογιστεί αυτή η απαίτηση, το παράθυρο ευκαιρίας κλείνει σχεδόν εντελώς, εκτός από την περίπτωση των μαύρων τρυπών που περιστρέφονται πολύ κοντά στο θεωρητικό τους μέγιστο όριο ταχύτητας.
Η τοπολογία «παντελονιού»
Η ονομασία της μελέτης, «pair-of-pants topologies» (τοπολογίες ζεύγους παντελονιών), προέρχεται από το γεωμετρικό σχήμα που θα σχημάτιζε το εξωτερικό όριο της μαύρης τρύπας, γνωστό ως ορίζοντας γεγονότων, κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας διαδικασίας. Στο πέρασμα του χρόνου, το σχήμα αυτό θα έμοιαζε με ένα παντελόνι, όπου ένα ενιαίο τμήμα διαχωρίζεται σε δύο «πόδια». Αυτή η οπτική αναπαράσταση βοηθά τους φυσικούς να κατανοήσουν πώς η γεωμετρία του χωροχρόνου θα μπορούσε να μετασχηματιστεί κατά τη διάρκεια μιας διάσπασης. Πρόκειται για μια εντυπωσιακή θεωρητική απεικόνιση που επιτρέπει στους επιστήμονες να μοντελοποιήσουν τις αλλαγές στη δομή της μαύρης τρύπας με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Εξωτικές θεωρίες και επιπλέον διαστάσεις
Πέρα από το καθιερωμένο πλαίσιο, οι ερευνητές εξέτασαν και πιο εξωτικές πιθανότητες. Σε θεωρίες που περιλαμβάνουν επιπλέον διαστάσεις του χώρου, είναι ήδη γνωστή η ύπαρξη αντικειμένων που μοιάζουν με μαύρες τρύπες και τα οποία μπορούν να καταστούν ασταθή και να αρχίσουν να διασπώνται. Υπό ορισμένες από αυτές τις συνθήκες, η διάσπαση μπορεί να γίνει θερμοδυναμικά ευνοϊκή, ειδικά αν η μία από τις δύο μαύρες τρύπες που προκύπτουν είναι σημαντικά μικρότερη από την άλλη. Παρά ταύτα, οι επιστήμονες τονίζουν ότι η θεωρητική δυνατότητα δεν αποτελεί απόδειξη ότι ο κατακερματισμός συμβαίνει πράγματι στη φύση, καθώς απαιτούνται περαιτέρω έρευνες για να επιβεβαιωθεί η πραγματική πιθανότητα του φαινομένου.
Μελλοντικές προοπτικές και ανίχνευση
Η ομάδα των ερευνητών, που περιλαμβάνει επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Νάπολης Federico II, το CNRS και το Πανεπιστήμιο της Νότιας Δανίας, παραδέχεται ότι δεν μπορεί ακόμη να προσδιορίσει μια συγκεκριμένη πιθανότητα για τη διάσπαση μιας μαύρης τρύπας. Η απάντηση εξαρτάται από το πώς συμπεριφέρεται η βαρύτητα πέρα από τη θεωρία του Αϊνστάιν, ένα πεδίο στο οποίο εργάζονται εντατικά. Υπάρχει η προσδοκία ότι οι μικρές αρχέγονες μαύρες τρύπες είναι πιο επιρρεπείς σε διάσπαση σε σχέση με τις τεράστιες αστροφυσικές μαύρες τρύπες. Μια έμμεση ανίχνευση θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσω τηλεσκοπίων ακτίνων γάμμα, όπως το Fermi-LAT, αναζητώντας σήματα από μικροσκοπικά θραύσματα που ενδέχεται να σχηματίζονται κατά τη διάρκεια συγχωνεύσεων.
Πηγή: phys.org