Η «συνταγή» δημιουργίας μιας μίνι μαύρης τρύπας, Mini Black Holes Easier To Make Than Thought

Η ενέργεια της σύγκρουσης δύο σωματιδίων εστιάζεται και δίνει δύο μαύρες τρύπες, οι οποίες συγχωνεύονται σε μία. A snapshot from a video showing two particles being slammed into each other and distorting into pancake shapes before forming a black hole. / WILL EAST, MATT CHOPTUIK, FRANS PRETORIUS

Η δημιουργία μικροσκοπικών μελανών οπών είναι τελικά πιο εύκολη από ό,τι νομίζαμε. Ερευνητές του Πανεπιστηνίου Πρίνστον εκτιμούν ότι η ενέργεια που απαιτείται για να παραχθούν τέτοια μικροσκοπικά τέρατα  είναι τουλάχιστον 2,4 φορές λιγότερη από ό,τι είχε εκτιμηθεί.

Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια πολύ μικρή πιθανότητα να εμφανιστούν μίνι μαύρες τρύπες κατά τις συγκρούσεις σωματιδίων στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN.

Δεν υπάρχει όμως λόγος ανησυχίας: οι μίνι μαύρες τρύπες θα εξαφανίζονταν πολύ πριν προλάβουν να καταπιούν τη Γη.

Συνταγή για τρύπες

Here the particles have just collided and are forming a black hole. CREDIT: Matt Choptuik, Will East, Frans Pretorius.

Οι μαύρες τρύπες δημιουργούνται συνήθως όταν ένα ογκώδες αλλά γερασμένο άστρο καταρρέει υπό το ίδιο του το βάρος. Αυτό που απομένει είναι ένα σημείο στον χώρο όπου η πυκνότητα της ύλης είναι άπειρη. Και αυτή η υπερσυγκέντρωση ύλης δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο τόσο ισχυρό ώστε τίποτα, ακόμα και το φως, να μην μπορεί να δραπετεύσει από τη θανάσιμη έλξη του.

Οι φυσικοί γνωρίζουν εδώ και χρόνια ότι είναι θεωρητικά δυνατή η δημιουργία μίνι μελανών οπών στο εργαστήριο: Δεδομένου ότι η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμες (σύμφωνα με τον Αϊνστάιν) θα μπορούσε κανείς να δημιουργήσει μαύρες τρύπες χρησιμοποιώντας όχι μάζα αλλά ενέργεια.

Αυτό μπορεί να συμβεί κατά την πρόσκρουση σωματιδίων που έχουν μεν αμελητέο βάρος αλλά κινούνται με μεγάλη ταχύτητα, και έχουν επομένως υψηλή κινητική ενέργεια.

Στη νέα μελέτη, ο Φρανς Πρετόριους και οι συνεργάτες του στο Πρίνστον προσομοιώνουν σε υπερυπολογιστή χιλιάδες τέτοιες συγκρούσεις.

Οι προσομοιώσες δείχνουν ότι, λόγω της υψηλής τους ταχύτητας, τα σωματίδια παραμορφώνουν το χωροχρόνο και εστιάζουν την ενέργεια της σύγκρουσης σε δύο σημεία, εκατέρωθεν του σημείου στο οποίο συγκρούονται. Εφόσον είναι αρκετά υψηλή, η ενέργεια που συγκεντρώνεται σε αυτά τα σημεία καταρρέει και σχηματίζει δύο μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, οι οποίες στη συνέχεια καταπίνουν η μία την άλλη και συγχωνεύονται σε μια μίνι μελανή οπή.

Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύονται στο «Physical Review Letters».

Πέρα από τον Αϊνστάιν

Superstring theory claims there are 10 dimensions in our universe. CREDIT: Lunch, Wikipedia Commons, distributed under a Creative Commons license.

Η ενέργεια που απαιτείται για τη γέννηση των μίνι οπών μπορεί να είναι μικρότερη από ό,τι είχε εκτιμηθεί ως σήμερα, παραμένει όμως αρκετά υψηλή για τα δεδομένα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Η εμφάνιση οπών στον LHC είναι επομένως εξαιρετικά απίθανη.

Υπάρχουν ωστόσο θεωρίες που θα επέτρεπαν την εμφάνιση μελανών οπών στον γιγάντιο επιταχυντή. Οι θεωρίες αυτές προβλέπουν την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων στο Σύμπαν, οι οποίες όμως είναι πολύ μικρές για να γίνουν αντιληπτές (στις διαστάσεις που γνωρίζουμε, ένα αντικείμενο μπορεί να είναι άπειρα μεγάλο. Στις επιπλέον διαστάσεις, δεν θα μπορούσε να είναι μεγαλύτερο από ένα κλάσμα του ενός χιλιοστού).

Τα υποθετικά αυτά μοντέλα υποδεικνύουν ότι σε πολύ μικρές αποστάσεις, συγκρίσιμες με το μέγεθος των επιπλέον διαστάσεων, η δύναμη της βαρύτητας γίνεται ισχυρότερη από ό,τι συνήθως. Και αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που απαιτείται για την εμφάνιση μίνι μελανών οπών είναι μικρότερη ακόμα και από την ενέργεια που υπολογίζει η νέα μελέτη.

Εφόσον οι θεωρίες αυτές ευσταθούν, είναι πιθανό να εμφανιστούν μαύρες τρύπες ακόμα και στις ενέργειες που μπορεί να φτάσει ο LHC.

Η παρατήρηση τέτοιων φαινομένων τα επόμενα χρόνια θα προσέφερε επομένως ενδείξεις για την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων στο Σύμπαν.

Κανένας κίνδυνος

A popular notion that the collider would create mini black holes that would suck up the Earth has been dismissed by experts as impossible. Here, an artist's conception of what may be the smallest black hole in the binary star system IGR J17091-3624. CREDIT: NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

Σε κάθε περίπτωση, οι μαύρες τρύπες που θα παραγάγει ενδεχομένως ο LHC δεν θα απειλούσαν την ανθρωπότητα.

Ο βρετανός φυσικός Στίβεν Χόκινγκ έχει προβλέψει ότι όλες οι μαύρες τρύπες σταδιακά χάνουν μάζα εκπέμποντας ένα είδος ακτινοβολίας που ονομάζεται ακτινοβολία Χόκινγκ. Λόγω της απώλειας μάζας, οι μίνι μαύρες τρύπες θα συρρικνώνονταν πιο γρήγορα από ό,τι θα μπορούσαν να ρουφήξουν περισσότερη ύλη, και θα έπαυαν να υπάρχουν σε κλάσματα του δευτερολέπτου.

Ακόμα όμως κι αν δεν εξαφανίζονταν, οι μαύρες τρύπες θα συνέχιζαν να κινούνται μέσα στον επιταχυντή. Η ταχύτητά τους θα ήταν μάλιστα τόσο μεγάλη ώστε θα διέφευγαν αμέσως από το βαρυτικό πεδίο της Γης και θα χάνονταν στο Διάστημα χωρίς παρενέργειες.

Οι μίνι μαύρες τρύπες «θα ήταν υπερβολικά μικρές για να καταναλώσουν μια σημαντική ποσότητα ύλης» διαβεβαιώνει ο επικεφαλής της νέας μελέτης δρ Πρετόριους.

Τελικά, οι μαύρες τρύπες φαίνεται ότι μπορούν ενίοτε να είναι καλοήθεις...