Τι θα συνέβαινε αν μια μαύρη τρύπα έπεφτε μέσα σε μια σκουληκότρυπα

Posted on 17/08/2020

0


Αν υπάρχουν σκουληκότρυπες θα μπορούσαν να καταπιούν μαύρες τρύπες; Πως θα διαπιστώναμε ένα τέτοιο γεγονός;

Οι σκουληκότρυπες είναι σήραγγες στο χωροχρόνο που θεωρητικά μπορούν να επιτρέψουν ταξίδια οπουδήποτε στο χώρο και στο χρόνο (ακόμα και σε άλλο σύμπαν)

«Ανατρέχοντας τα δεδομένα του LIGO για τα προηγούμενα δύο χρόνια , ο καθηγητής Μπραντ και η ομάδα του ανακάλυψαν πολύ αδύναμα βαρυτικά κύματα που είχαν εκπεμφθεί από τον αστέρα νετρονίων (…) Αναλύοντας με προσοχή αυτά τα σταθερά κύματα, ο καθηγητής Μπράντ έμαθε που βρισκόταν η πηγή τους. Ήταν απίστευτο! Τα κύματα έρχονταν από κάτι που βρισκόταν σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο. Ενώ η Γη και ο Κρόνος κινούνταν στις τροχιές τους, η πηγή παρέμενε πάντα κοντά στον Κρόνο!
Ένας αστέρας νετρονίων σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο; Αδύνατο! Μια μαύρη τρύπα να συνοδεύει τον αστέρα νετρονίων και να βρίσκονται και τα δυο αντικείμενα στην τροχιά του Κρόνου; Ακόμα πιο αδύνατο! Ο Κρόνος θα είχε καταστραφεί προ πολλού και η βαρύτητα του άστρου και της μαύρης τρύπας θα είχαν διαταράξει προ πολλού τις τροχιές όλων των πλανητών του Ήλιου και, βέβαια, και της Γης. Με διαταραγμένη την τροχιά της η Γη θα είχε αρχικά μετακινηθεί κοντά στον Ήλιο και στη συνέχεια πολύ μακριά του. Θα είχαμε ξεροψηθεί, μετά θα είχαμε καταψυχθεί και στο τέλος, θα είχαμε σκοτωθεί.
Να όμως που τα κύματα ήταν εκεί. Έρχονταν χωρίς αμφιβολία από κάπου κοντά στον Κρόνο. Ο καθηγητής Μπραντ μπορούσε να σκεφθεί μόνο μια εξήγηση: Τα κύματα έπρεπε να έρχονται από μια σκουληκότρυπα σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο. Και η πηγή τους, η μαύρη τρύπα και ο αστέρας νετρονίων, έπρεπε να βρίσκεται στο άλλο άκρο της σκουληκότρυπας.
Τα κύματα προέρχονταν από τον αστέρα νετρονίων και την μαύρη τρύπα. Ένα μικρό μέρος των κυμάτων αιγμαλωτιζόταν από τη σκουληκότρυπα, ταξίδευε μέσα της και στη συνέχεια εξαπλωνόταν στο ηλιακό σύστημα, με ένα μέρος τους να φτάνει στη Γη και να περνάει μέσα από τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων LIGO» 

Το παραπάνω απόσπασμα είναι από το βιβλίο του νομπελίστα φυσικού Kip Thorne, «H επιστήμη του Interstellar» (μετάφραση Παναγιώτης Δρεπανιώτης, εκδόσεις Ροπή). Πρόκειται για το αρχικό σενάριο που είχε προτείνει ο Thorne στον σκηνοθέτη της ταινίας Jonathan Nolan, αλλά τελικά κόπηκε, γιατί o Nolan δεν ήθελε να βαρύνει την ταινία με βαρυτικά κύματα που ανιχνεύονται από το LIGO (Για την ιστορία τα βαρυτικά κύματα ανιχνεύθηκαν από το LIGO δύο χρόνια μετά την προβολή της ταινίας … διαβάστε επίσης: Πως το LIGO ανίχνευσε μια σκουληκότρυπα)

O Kip Thorne λοιπόν, φαντάστηκε ένα πολύ απομακρυσμένο από την Γη δυαδικό σύστημα μαύρης τρύπας και αστέρα νετρονίων που παράγει βαρυτικά κύματα, τα οποία διαμέσου μιας σκουληκότρυπας φτάνουν στο ηλιακό μας σύστημα.  Οι φυσικοί J. B. Dent, W. E. Gabella, K. Holley-Bockelmann και T. W. Kephart προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα.

Αναρωτήθηκαν τι θα συνέβαινε αν η μαύρη τρύπα έπεφτε μέσα στην σκουληκότρυπα;

Οι  φυσικοί Dent et al πιστεύουν ότι είναι δυνατή η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων που δημιουργούνται όταν μια μαύρη τρύπα πέφτει μέσα σε μια σκουληκότρυπα.

Οι ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων έχουν εντοπίσει από το 2016 μέχρι σήμερα 20 συγκρούσεις μεταξύ μαύρων τρυπών (ή και με αστέρες νετρονίων) που παρήγαγαν βαρυτικά κύματα.

Όμως είναι πιθανόν να υπάρχουν πιο εξωτικά αντικείμενα, όπως οι σκουληκότρυπες, οι συγκρούσεις των οποίων θα μπορούσαν να παράγουν ανιχνεύσιμα βαρυτικά κύματα.

Γενικά, όλες οι σκουληκότρυπες είναι ασταθείς και κλείνουν την στιγμή που ανοίγουν. Ο μόνος τρόπος για να κρατηθούν ανοιχτές και «διασχίσιμες» είναι με μια εξωτική μορφή ύλης με τη λεγόμενη «αρνητική μάζα» που διαθέτει περίεργες ιδιότητες, όπως το ότι απωθείται αντί να έλκεται από το γνωστό βαρυτικό πεδίο. Όμως, κανείς δεν ξέρει αν υπάρχει τέτοια εξωτική ύλη.

Υποθέτοντας ότι είναι δυνατή η ύπαρξη αντικειμένων όπως οι σκουληκότρυπες, οι φυσικοί Dent et al διερεύνησαν τα βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται όταν μια μαύρη τρύπα περιφέρεται γύρω από μια σκουληκότρυπα. Διερεύνησαν επίσης το τι θα μπορούσε να συμβεί αν μια μαύρη τρύπα διέσχιζε μια σκουληκότρυπα! Ανέλυσαν τις αλληλεπιδράσεις μιας μαύρης τρύπας 5 ηλιακών μαζών και μιας σταθερής και διασχίσιμης σκουληκότρυπας 200 ηλιακών μαζών, το άνοιγμα της οποίας είναι 60 φορές μεγαλύτερο από την μαύρη τρύπα. Οι Dent et al υπολόγισαν τα χαρακτηριστικά των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται καθώς η μαύρη τρύπα διασχίζει την σκουληκότρυπα. Και διαπίστωσαν αρκετές χαρακτηριστικές διαφορές σε σχέση με τα μέχρι στιγμής γνωστά βαρυτικά κύματα που προέρχονται από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών.

Αν λοιπόν ποτέ οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων ανιχνεύσουν τέτοιου είδους σήματα, τότε θα έχουμε ανιχνεύσει ταυτόχρονα και την ύπαρξη σκουληκότρυπας (και της εξωτικής ύλης που απαιτείται για την σταθερότητά της).

Μελλοντική θεωρητική έρευνα θα μπορούσε να μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της εξωτικής ύλης μιας σκουληκότρυπας και της φυσιολογικής ύλης που εισέρχεται σ’ αυτήν, καθώς επίσης και πιο περίπλοκα σενάρια, όπως τι συμβαίνει όταν μια σκουληκότρυπα περιστρέφεται και πως αλληλεπιδρούν τα βαρυτικά κύματα με την κανονική και την εξωτική ύλη σ’ αυτά τα σενάρια.

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Charles Q. Choi με τίτλο: «What happens if black holes fall into wormholes? A new way to find out«
ή την προδημοσίευση της επιστημονικής εργασίας με τίτλο:
«The Sound of Clearing the Throat: Gravitational Waves from a Black Hole Orbiting in a Wormhole Geometry«James B. Dent, William E. Gabella, Kelly Holley-Bockelmann, Thomas W. Kephart

Click to access 2007.09135.pdf