Een van de meest interessante onderwerpen in moderne sciencefiction is het concept van het gebruik van zwarte gaten als portalen naar een ander universum, een andere tijd of een andere dimensie. Veel astrofysici beweren dat dit onder de huidige omstandigheden eenvoudigweg onmogelijk is. Een groep onderzoekers van de Universiteit van Massachusetts in Dortmund (VS) gelooft echter dat deze fantasie eigenlijk niet zo ver van de werkelijkheid ligt.
Zwarte gaten zijn misschien wel de meest mysterieuze objecten in het universum. Ze zijn het resultaat van de gravitationele ineenstorting van superzware sterren, wat leidt tot de creatie van een ware singulariteit - een object met een oneindige dichtheid, gecreëerd door de compressie van een hele ster tot een klein puntje. Deze hotspots met oneindige dichtheid hebben zo'n krachtige zwaartekracht dat ze de ruimtetijd letterlijk kunnen verscheuren. Volgens aannames opent dit feit de mogelijkheid om deze objecten te gebruiken voor reizen in de hyperspace.
Natuurlijk zeiden eerdere wetenschappelijke studies over dit onderwerp dat elk object, bijvoorbeeld een ruimteschip of een levend wezen dat besluit een zwart gat als portaal te gebruiken, er zeer snel spijt van zal krijgen. Oneindige zwaartekrachtsingulariteit en hoge temperaturen zorgen ervoor dat het object uitrekt en samentrekt totdat het volledig verdampt.
Reizen door een zwart gat
Het onderzoeksteam van natuurkundeprofessor Gaurav Hanna van de Universiteit van Massachusetts in Dortmund (VS) en hun collega's van het Gwinnett College in Georgia konden aantonen dat niet alle zwarte gaten hetzelfde zijn. De onderzoekers denken dat objecten die door grote en roterende zwarte gaten gaan, zoals Boogschutter A * in het centrum van ons sterrenstelsel, een veel grotere overlevingskans hebben.
Dit wordt verklaard door het feit dat in grote en roterende zwarte gaten de singulariteit enigszins anders werkt, ‘zachter’ of ‘zwakker’ en daarom is er een mogelijkheid dat het de objecten die ermee in wisselwerking staan niet zal beschadigen. Op het eerste gezicht lijkt dit misschien onzin, maar wetenschappers noemen als verklarende analogie een eenvoudig experiment met de snelle beweging van de hand over een brandende kaars. Probeer het zelf en u zult zien dat het vuur u niet verbrandt.
Gaurav Hann en zijn collega Lior Burko bestuderen al meer dan twintig jaar de fysica van zwarte gaten. In 2016 besloot Caroline Mallary, een van Hannah's afgestudeerde studenten, geïnspireerd door regisseur Christopher Nolan's blockbuster Interstellar, wetenschappelijk te testen of de hoofdrolspeler van de film echt zou kunnen overleven door in het gigantische roterende zwarte gat Gargantua te vallen, dat een massa heeft van 100 miljoen keer de massa van de zon.
Promotie video:
De film zelf, zo herinneren we ons, was gebaseerd op het boek van de Nobelprijswinnaar in de astrofysica Kip Thorne. Beschreven in de Hollywood-kaskraker, is het uiterlijk, de grootte en de fysieke eigenschappen van Gargantua's zwarte gat, dat een van de centrale 'personages' van deze film is, zijn werk.
Voortbouwend op onderzoek van collega-natuurkundige Amos Ori, waarvan de resultaten enkele decennia eerder werden gepresenteerd, en met steun van computertechnologie, creëerde Caroline Mallary een computermodel dat de meeste fysieke effecten weerspiegelt die zouden optreden op een ruimtevaartuig of een ander object dat in het midden viel. een roterend zwart gat zoals Boogschutter A *.
Gargantua's fictieve zwarte gat uit de film Interstellar.
Herinnert zich haar haar niet eens?
Het computermodel toonde aan dat een object dat in een roterend zwart gat valt onder geen enkele omstandigheid oneindig grote vervormingseffecten ondervindt bij het passeren van de zogenaamde inner singularity horizon - het gebied van een zwart gat, dat in ieder geval niet te vermijden is. Bovendien zal de impact van deze effecten onder bepaalde omstandigheden zo klein zijn dat het object zonder problemen door deze singulariteit kan gaan en in sommige gevallen zelfs geen impact van buitenaf zal opmerken.
Mallari ontdekte ook een kenmerk dat nog niet eerder de aandacht had getrokken: de effecten van een singulariteit in de context van een roterend zwart gat zouden de uitrek- en contractiecycli van een object dat in het midden valt snel vergroten. De onderzoeker merkt in haar werk echter op dat in het geval van zeer grote zwarte gaten, ter grootte van dezelfde Gargantua, de sterkte van deze effecten zeer onbeduidend zal zijn. Zo onbeduidend dat noch het ruimtevaartuig zelf, noch de levende wezens aan boord ze hoogstwaarschijnlijk niet eens zullen opmerken.
Deze grafiek toont de fysieke belasting op het stalen frame van het ruimtevaartuig wanneer het het midden van een roterend zwart gat nadert. De kleine inzet toont een gedetailleerd beeld van de belasting, die zal worden opgemerkt bij de maximale nadering van het apparaat. Het is belangrijk op te merken dat de belasting sterk zal toenemen op het punt dat het dichtst bij het zwarte gat komt, maar niet oneindig zal worden. Met andere woorden, het voertuig en zijn bemanning kunnen zo'n reis overleven.
Het belangrijke punt hierbij is dat de fysieke effecten op het schip niet oneindig zullen toenemen. Ze zijn beperkt tot een bepaalde limiet, ook al lijkt het erop dat de lading op het schip oneindig zal toenemen als je het zwarte gat nadert.
Er zijn natuurlijk verschillende belangrijke weglatingen en aannames in de studie van Mallary die anders tot een heel ander eindresultaat zouden kunnen leiden. In het gepresenteerde model wordt bijvoorbeeld aangenomen dat het zwarte gat volledig geïsoleerd is van externe factoren, zoals constante zwaartekracht en andere verstoringen veroorzaakt door bijvoorbeeld een nabije ster of externe straling die in het zwarte gat valt. Het moet duidelijk zijn dat zich meestal veel verschillende materialen ophopen rond echte zwarte gaten: stof, gas, straling, enzovoort. Op basis van dit alles zou een logische voortzetting van Mallary's werk zijn om deze context opnieuw te onderzoeken, maar rekening houdend met de omstandigheden van meer realistische astrofysische zwarte gaten.
Het gebruik van computermodelleringmethoden om de effecten van impact op objecten in de buurt van zwarte gaten te voorspellen, is een gangbare praktijk. De moderne wetenschap heeft nog geen echte kans om haar theorieën te testen, dus wetenschappers moeten actief vertrouwen op hypothesen en simulaties die helpen om basiszaken te begrijpen, voorspellingen te doen en nieuwe ontdekkingen te doen.
Nikolay Khizhnyak
