Άτομα και μόρια με μαύρες τρύπες ως πυρήνες

Posted on 17/11/2020

0


Βαρυτικά άτομα και μόρια

Παρότι οι μαύρες τρύπες που προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, είναι τα πιο μυστηριώδη αντικείμενα του σύμπαντος, αρκούν μόνο τρία φυσικά μεγέθη για να τις χαρακτηρίσουν: η μάζα, η στροφορμή και το ηλεκτρικό φορτίο τους. Αυτή η απλότητα οδηγεί σε αναλογίες μεταξύ της Γενικής Σχετικότητας και του ατόμου του υδρογόνου στην Κβαντομηχανική. Στο πλαίσιο των θεμελιωδών πεδίων σε καμπύλο χωροχρόνο οι μαύρες τρύπες είναι δυνατόν να συμπεριφερθούν ως άτομα:
σωματίδια με μάζα που περιγράφονται από βαθμωτά πεδία και μαύρες τρύπες, μπορούν να σχηματίσουν καταστάσεις οι οποίες σε ένα συγκεκριμένο όριο περιγράφονται μαθηματικά από την μη-σχετικιστική εξίσωση Schrödinger για το άτομο του υδρογόνου. Τέτοιες καταστάσεις απέκτησαν το προσωνύμιο «βαρυτικά άτομα». Με λίγα λόγια, οι καταστάσεις αυτές μοιάζουν με τα ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τον πυρήνα των ατόμων Στην συγκεκριμένη περίπτωση ο πυρήνας του ατόμου είναι η μαύρη τρύπα!
Το ζήτημα αυτό διερεύνησαν οι φυσικοί, π.χ. οι Baumann et al στην περσινή δημοσίευσή τους «The Spectra of Gravitational Atoms» .

Κι αν τα βαρυτικά άτομα είναι δυνατόν να υπάρξουν, τίθεται φυσιολογικά το ερώτημα: είναι δυνατόν να υπάρξουν και … «βαρυτικά μόρια» ;
Οι φυσικοί Ikeda et al διερεύνησαν το ερώτημα αυτό δίνοντας μια θετική απάντηση!
Στην βάση των προηγούμενων εργασιών για τα βαρυτικό άτομο μιας μαύρης τρύπας, βρήκαν αντιστοιχίες μεταξύ συστημάτων δυαδικών μαύρων τρυπών με άτομα δι-υδρογόνου. Όταν λέμε δι-υδρογόνο εννοούμε το κατιόν H^{+}_{2} – ένα θετικό ιόν δυο πυρήνων υδρογόνου (δυο πρωτονίων) και ένα ηλεκτρόνιο – , το απλούστερο μοριακό ιόν.

Αν τα βαθμωτά πεδία που αντιστοιχούν στα ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τους πυρήνες-μαύρες τρύπες, σχετίζονται π.χ. με την ακατανόητη μέχρι σήμερα σκοτεινή ύλη, τότε οι παραπάνω μελέτες θα αποκτούσαν τεράστια σημασία. Ίσως μάλιστα, επειδή τα βαρυτικά κύματα που ανιχνεύουμε οφείλονται κυρίως στην συγχώνευση δυαδικών μαύρων τρυπών, αυτού του είδους η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εντοπιστεί από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων.

Μπορείτε να διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ: «Weird ‘gravitational molecules’ could orbit black holes like electrons swirling around atoms»
ή (αν έχετε κουράγιο) ΕΔΩ: «Black hole binaries and light fields: gravitational molecules»

Click to access 2010.00008.pdf