Μια νέα σειρά ερευνών επιχειρεί να δοκιμάσει τα ίδια τα όρια της θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein, χρησιμοποιώντας τις πιο μυστηριώδεις δομές του Σύμπαντος: τις μαύρες τρύπες. Οι «σκιές» τους, δηλαδή τα φωτεινά περιγράμματα που αποκαλύπτονται γύρω από τα σημεία όπου το φως χάνεται για πάντα, ίσως κρύβουν ενδείξεις ότι οι διάσημες εξισώσεις του Einstein δεν λένε όλη την αλήθεια.
Τα τελευταία χρόνια, η παρατήρηση των μαύρων τρυπών έχει περάσει από το θεωρητικό επίπεδο στην πραγματικότητα. Η ιστορική εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87 και, λίγο αργότερα, εκείνης στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία, αποτέλεσαν ορόσημα. Οι εικόνες, αποτέλεσμα της συνεργασίας του Event Horizon Telescope (EHT), δεν δείχνουν την ίδια τη μαύρη τρύπα, αλλά το υπέρθερμο αέριο που περιστρέφεται γύρω της, λίγο πριν χαθεί πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων.
Όπως εξηγεί ο καθηγητής Luciano Rezzolla από το Goethe University Frankfurt,
Αυτό που βλέπουμε είναι το τελευταίο φως που καταφέρνει να ξεφύγει από το χαοτικό περιβάλλον της μαύρης τρύπας. Όσο η ύλη παραμένει έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, μπορούμε ακόμα να τη “δούμε”, έστω και για λίγο.
Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein, που διατυπώθηκε πριν από περισσότερο από έναν αιώνα, περιγράφει τη βαρύτητα όχι ως δύναμη, αλλά ως καμπύλωση του χωροχρόνου. Οι μαύρες τρύπες είναι ίσως η πιο ακραία έκφραση αυτής της καμπύλωσης — τόσο ισχυρές, που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητά τους. Ωστόσο, όπως επισημαίνει ο Rezzolla,
Υπάρχουν και άλλες θεωρίες που προβλέπουν την ύπαρξη μαύρων τρυπών, αλλά στηρίζονται σε υποθέσεις πέρα από τους γνωστούς φυσικούς νόμους, όπως η ύπαρξη εξωτικής ύλης ή ακόμα και παραβίαση θεμελιωδών αρχών της φυσικής.
Μαζί με ερευνητές από το Tsung-Dao Lee Institute στη Σαγκάη, η ομάδα του Rezzolla δημοσίευσε στο περιοδικό Nature Astronomy μια μελέτη που προτείνει νέο τρόπο να ελεγχθεί κατά πόσο η θεωρία του Einstein περιγράφει σωστά το φαινόμενο των μαύρων τρυπών. Το κλειδί βρίσκεται στις «σκιές» τους, τις φωτεινές δομές γύρω από το σκοτεινό τους κέντρο. Αν αυτές οι σκιές διαφέρουν από τις προβλέψεις της σχετικότητας, τότε ίσως βρισκόμαστε μπροστά σε κάτι εντελώς νέο.
Για να ελέγξουν αυτή την υπόθεση, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα θεωρητικό πλαίσιο που συγκρίνει πώς θα έμοιαζαν οι μαύρες τρύπες σε διάφορες εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας. Με τη βοήθεια τρισδιάστατων προσομοιώσεων, αναπαρήγαγαν τη ροή της ύλης και των μαγνητικών πεδίων γύρω από τις μαύρες τρύπες, κατασκευάζοντας «συνθετικές» εικόνες των ακτίνων φωτός που εκπέμπονται λίγο πριν απορροφηθούν.
«Το ερώτημα ήταν απλό αλλά κρίσιμο: πόσο διαφορετικές θα φαίνονταν οι μαύρες τρύπες αν οι νόμοι της βαρύτητας δεν ήταν ακριβώς αυτοί που περιέγραψε ο Einstein;» εξηγεί ο Akhil Uniyal, κύριος συγγραφέας της μελέτης από το Tsung-Dao Lee Institute. Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν διακριτά πρότυπα, λεπτές διαφορές στα σχήματα και στη φωτεινότητα των σκιών, που στο μέλλον θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως «δακτυλικά αποτυπώματα» για να αναγνωριστεί ποια θεωρία είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Αν και οι σημερινές εικόνες από το EHT δεν έχουν ακόμη την απαραίτητη ανάλυση για να διακρίνουν αυτές τις διαφορές, οι επόμενες γενιές τηλεσκοπίων αναμένεται να το αλλάξουν. Η ομάδα του Rezzolla έχει ήδη δημιουργήσει ένα καθολικό μαθηματικό πλαίσιο που μπορεί να προσαρμοστεί σε πολλές θεωρητικές εκδοχές μαύρων τρυπών, επιτρέποντας πιο ακριβή συγκρίσεις μόλις υπάρξουν πιο καθαρές παρατηρήσεις.
Μέχρι στιγμής, η γενική σχετικότητα παραμένει ασύγκριτα συνεπής με τα δεδομένα. Οι μαύρες τρύπες που έχουμε παρατηρήσει, τόσο στο M87 όσο και στον Γαλαξία μας, δεν φαίνεται να είναι «γυμνές μοναδικότητες» χωρίς ορίζοντα γεγονότων, ούτε να κρύβουν εξωτικές δομές όπως σκουληκότρυπες.
Η θεωρία του Einstein έχει επιβεβαιωθεί ξανά και ξανά. Αλλά ακριβώς γι’ αυτό πρέπει να συνεχίσουμε να τη δοκιμάζουμε. Αν ποτέ βρεθεί ένα φαινόμενο που δεν την εξηγεί, τότε θα έχουμε μπροστά μας μια νέα φυσική.
Το Event Horizon Telescope έχει ήδη αποδείξει τη δύναμή του, συνδυάζοντας δεδομένα από ραδιοτηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο για να δημιουργήσει έναν «εικονικό τηλεσκόπιο» μεγέθους Γης. Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την προσθήκη νέων σταθμών και τη δημιουργία ενός τηλεσκοπίου σε τροχιά, κάτι που θα πολλαπλασιάσει την ευκρίνεια των εικόνων.
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, για να διακριθούν με σιγουριά οι αποκλίσεις από τη θεωρία του Einstein, θα χρειαστεί ανάλυση μικρότερη από ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου του τόξου, ισοδύναμη με το να δούμε ένα κέρμα πάνω στη Σελήνη από τη Γη. Αν αυτό καταστεί εφικτό μέσα στα επόμενα χρόνια, οι μαύρες τρύπες μπορεί να αποδειχθούν το πιο ακριβές εργαστήριο της Κοσμολογίας και ίσως το πεδίο όπου η βαρύτητα, όπως την ξέρουμε, θα χρειαστεί να ξαναγραφτεί από την αρχή.
[source]
