Czy czarne dziury zapadają się tworząc białe dziury?

Wizja artystyczna czarnej dziury  Cygnus X-1.
Źródło: NASA/CXC/M.Weiss
Pomimo swej nazwy czarne dziury nie są wcale pustkami. Większość z nich powstaje jako pozostałość po wybuchach supernowych, czyli gwiazd zapadających się pod wpływem grawitacji a następnie gwałtownie wybuchających. Przykładowo, gdy gwiazda o masie 10 mas Słońca ginie w wybuchu supernowej, jej masa może zostać ściśnięta w kulkę o średnicy dużego miasta. Powstałe pole grawitacyjne jest tak silne, że nawet światło nie może stamtąd uciec.

Od dawna, astrofizycy zajmujący się tematyką czarnych dziur zastanawiali się, czy czarne dziury niszczą informacje. To znaczy, czy to co znajdzie się w ich wnętrzu jest stracone na zawsze?
Nowy model, zaprezentowanych na łamach czasopisma Nature, sugeruje, że pod koniec swojego życia czarne dziury przekształcają się w białe dziury, które w trakcie wybuchu uwalniają cały materiał, jaki kiedykolwiek pochłonęły.

Zgodnie z modelem opracowanym przez  Carlo Rovelli i Hal Haggard z Aix-Marseille University we Francji, przemiana czarnej dziury w białą może następować zaraz po początkowym etapie tworzenia się czarnej dziury. Model oparty jest na tzw. teorii  “pętli kwantowej grawitacji”, w ramach której grawitacja i czasoprzestrzeń są skwantowane  - tkane z maleńkich pętli, które nie mogą być  dzielone na mniejsze.

Kiedy umierająca gwiazda zapada się pod wpływem własnej grawitacji, to pojawia się tak zwany horyzont zdarzeń, czyli punkt bez powrotu, zza którego  nic nie może uciec grawitacji czarnej dziury. Gwiazda będzie się dalej zmniejszać, ale w końcu osiągnie stadium, w którym nie można być mniejsza, ponieważ pętle nie mogą się już bardziej skompresować.

W tym momencie pętle zaczną wywierać na zewnątrz ciśnienie zwane jako  "quantum bounce" (kwantowe odbicie), które powoduje przekształcenie czarnej dziury w białą. Zdaniem naukowców  trwa to zaledwie kilka milisekund. Jednak mimo, że transformacja jest niemal natychmiastowa, astrofizycy podkreślają, że czarne dziury mogą się nam pokazywać jako istniejące jeszcze miliardy i miliardy lat, bo ich grawitacja ciągnie fale świetlne i wydłuża czas.

Jeśli tak jest, to czarne dziury  zamiast być owiane przez prawdziwy, wieczny horyzontu zdarzeń, są ukryte przez tymczasowy horyzont, mówi Rovelli.

W 1970 roku, Stephen Hawking z Uniwersytu w Cambridge obliczył, że czarne dziury powinny emitować promieniowanie z horyzontu zdarzeń, powoli tracąc energię i kurcząc się, aż  do całkowitego zniknięcia. Ale to oznacza, że  informacje przenoszone przez zapadającą się na czarne dziury materię, znikną na zawsze. Na początku tego roku, słynny fizyk na łamach Nature napisał jednak: „w klasycznej teorii nie ma ucieczki z czarnej dziury, ale kwantowa teoria pozwala energii i informacji na ucieczkę”.

Czarne dziury przekształcające się w białe mogą więc rozwiązać jedną z największych zagadek współczesnej fizyki.


Oryginalny artykuł:
Black hole fireworks: quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling
Quantum bounce could make black holes explode



Alicja Wierzcholska | Źródło: iflscience.com/

Liczba odsłon: 5645