Μαύρη τρύπα (ή μέλαινα οπή, αγγλικά: black hole) ονομάζεται το σημείο του χωροχρόνου, στο οποίο οι βαρυτικές δυνάμεις είναι τόσο μεγάλες, ώστε τίποτα -ούτε καν τα σωματίδια και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως το φως- να μην μπορεί να ξεφεύγει από αυτό. Ο όρος «μαύρη τρύπα» είναι ευρύτατα διαδεδομένος και επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό, Τζον Γουίλερ. Δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια (οπή, βαθούλωμα), αλλά σε μια περιοχή του χώρου, από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει.
Μία μαύρη τρύπα είναι το σημείο εκείνο του διαστήματος, όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερο υλικό από δυόμισι ηλιακές μάζες και ο οποίος, στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου, έχασε την πάλη του ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα το υλικό του να καταρρεύσει και να συμπιεστεί περισσότερο ακόμα και από το υλικό ενός αστέρα νετρονίων.
Αν ήταν εφικτό να συμπτυχθεί ολόκληρη η Γη σε μια ακτίνα 0,9 εκατοστών, δηλαδή στο μέγεθος ενός κερασιού, θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα, καθώς η βαρύτητα της Γης θα γινόταν τόσο ακραία που η ταχύτητα διαφυγής θα έφτανε την ταχύτητα του φωτός. Παρομοίως, αν ο Ήλιος συμπτυσσόταν σε μια ακτίνα 3 χιλιομέτρων (στα 4 εκατομμυριοστά του τωρινού του μεγέθους), θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Φυσικά, δεν υπάρχει καμία γνωστή αστρονομική διαδικασία που θα μπορούσε να μετατρέψει τη Γη ή ακόμα και τον Ήλιο, σε μαύρη τρύπα. Η κρίσιμη ακτίνα όπου η ταχύτητα διαφυγής φτάνει την ταχύτητα του φωτός, δημιουργώντας έτσι μια μαύρη τρύπα, ονομάζεται ακτίνα Σβάρτσιλντ.
Η μαύρη τρύπα μπορεί να είναι αστρική, ενδιάμεση ή υπερμεγέθης.
Η σκέψη για αντικείμενα των οποίων τα βαρυτικά πεδία είναι τόσο ισχυρά όπου ακόμη και το ίδιο το φως δεν μπορεί να αποδράσει, έγινε το 18ο αιώνα από τους Τζον Μίτσελ και Πιερ-Σιμόν Λαπλάς. Η πρώτη σύγχρονη λύση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας που θα μπορούσε να χαρακτηρίσει μια Μαύρη Τρύπα, βρέθηκε από τον Καρλ Σβάρτσιλντ το 1916. Αλλά η πρώτη ερμηνεία της ως περιοχή του χώρου από τον οποίο τίποτα δεν μπορεί να αποδράσει εκδόθηκε από τον Ντέιβιντ Φίνκελσταϊν το 1958. Οι μαύρες τρύπες αποτελούσαν αντικείμενα μαθηματικής περιέργειας.
Ιστορία
Η ιδέα για ένα τεράστιο σώμα από το οποίο δεν θα μπορούσε να δραπετεύσει ούτε το φως προτάθηκε από τον αστρονομικό πρωτοπόρο και Άγγλο κληρικό Τζον Μίτσελ σε ένα δημοσίευμα που εκδόθηκε τον Νοέμβριο του 1784. Οι απλοϊκοί υπολογισμοί του Μίτσελ έδειχναν ότι έναν τέτοιο σώμα ενδεχομένως να έχει την ίδια πυκνότητα με αυτή του Ήλιου. Κατέληγε ότι ένα τέτοιο σώμα θα μπορούσε να σχηματιστεί όταν η διάμετρος ενός άστρου υπερβαίνει αυτή του Ήλιου με συντελεστή 500, και ταχύτητα διαφυγής της επιφάνειας υπερβαίνει τη συνηθισμένη ταχύτητα του φωτός. Ο Μίτσελ παρατήρησε σωστά ότι τέτοια υπερμεγέθη αλλά μη ακτινοβόλα σώματα μπορούν να παρατηρηθούν από τις βαρυτικές επιδράσεις σε κοντινά ορατά σώματα. Μελετητές εκείνου του καιρού αρχικά ενθουσιάστηκαν για την πρόταση ότι τα γιγαντιαία αλλά αόρατα άστρα μπορεί να κρύβονται σε κοινή θέα, αλλά ο ενθουσιασμός τους εξασθένησε όταν έγινε εμφανής η κυματική φύση του φωτός στις αρχές του 19ου αιώνα. Εάν το φως ήταν κύμα και όχι σωμάτιο, γινόταν ασαφής η όποια επίδραση θα μπορούσε να έχει η βαρύτητα στα κύματα του φωτός που θα προσπαθούσαν να αποδράσουν. Η σύγχρονη σχετικότητα απαξιώνει την έννοια του Μίτσελ ότι μια ακτίνα φωτός που ξεκινάει απευθείας από την επιφάνεια ενός υπερμεγέθους άστρου, αρχίζει να επιβραδύνεται από την βαρύτητα του άστρου, σταματάει, και μετά αρχίζει ελεύθερη πτώση προς την επιφάνεια του άστρου.
Γενική Σχετικότητα
Το 1915 ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ανέπτυξε την γενική θεωρία της σχετικότητας, έχοντας δείξει νωρίτερα ότι η βαρύτητα όντως επηρεάζει την κίνηση του φωτός. Μόλις μερικούς μήνες μετά, ο Καρλ Σβάρτσιλντ βρήκε μια λύση στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν, η οποία περιγράφει το βαρυτικό πεδίο μιας σημειακής μάζας και μια σφαιρικής μάζας. Μερικούς μήνες μετά τον Σβάρτσιλντ, ο Γιοχάνες Ντρόστε, μαθητής του Χέντρικ Λόρεντζ, δουλεύοντας ανεξάρτητα έδωσε την ίδια λύση για την σημειακή μάζα και έγραψε εκτενέστερα τις ιδιότητές της. Αυτή η λύση είχε μια ιδιόμορφη συμπεριφορά σε αυτό που τώρα ονομάζεται ακτίνα Σβάρτσιλντ, κάνοντας μερικούς όρους της εξίσωσης του Αϊνστάιν άπειρους. Το 1924 ο Άρθουρ Έντινγκτον έδειξε ότι η μοναδικότητα εξαφανιζόταν μετά από μια αλλαγή στις συντεταγμένες, αν και χρειάστηκε να περιμένουν ώς το 1933 όταν ο Ζωρζ Λεμαίτρ αντιλήφθηκε πως η μοναδικότητα στην ακτίνα Σβάρτσιλντ ήταν μοναδικότητα μη φυσικής συντεταγμένης. Παρόλα αυτά, ο Άρθουρ Έντινγκτον σχολίασε το 1926 σε ένα βιβλίο, την πιθανότητα ενός αστεριού με μάζα συμπιεσμένη στην ακτίνα Σβάρτσιλντ, παρατηρώντας ότι η θεωρία του Αϊνστάιν μας επιτρέπει να αποκλείσουμε υπερβολικά μεγάλες πυκνότητες για ορατά αστέρια επειδή “ένα άστρο 250 εκατ. χιλιομέτρων δεν θα μπορούσε να έχει τόσο υψηλή πυκνότητα όσο ο Ήλιος. Πρώτον, η δύναμη της βαρύτητας θα ήταν τόσο ισχυρή ώστε το φως δεν θα ήταν ικανό να αποδράσει, οι ακτίνες θα έπεφταν πίσω στο άστρο όπως πέφτει μια πέτρα πάνω στη Γη. Δεύτερον, η ερυθρή μετατόπιση των φασματικών γραμμών θα ήταν τόσο μεγάλη ώστε το φάσμα θα έπαυε να υπάρχει. Τρίτον, η μάζα θα παρήγαγε τόσο μεγάλη καμπυλότητα στον χωροχρόνο ώστε ο χώρος θα έφραζε γύρω από το άστρο, αφήνοντάς μας έξω από αυτό.
Το 1931, ο Σουμπραμανιάν Τσαντρασεκάρ χρησιμοποιώντας την ειδική σχετικότητα, υπολόγισε ότι ένα μη περιστρεφόμενο σώμα ηλεκτρο-εκφυλισμένης ύλης πάνω από μια ορισμένη μάζα (αποκαλούμενη όριο Τσαντρασεκάρ) δεν έχει σταθερές λύσεις. Πολλοί σύγχρονοί του, όπως ο Έντινγκτον και ο Λεβ Λαντάου αντέκρουσαν τα επιχειρήματά του, υποστηρίζοντας ότι κάποιος άγνωστος μηχανισμός θα σταματούσε την κατάρρευση. Εν μέρει ήταν σωστοί: ένας λευκός νάνος λίγο πιο μεγάλος από το όριο Τσαντρασεκάρ καταρρέει σε έναν αστέρα νετρονίων, ο οποίος είναι σταθερός. Αλλά το 1939, ο Ρόμπερτ Όπενχάιμερ και άλλοι πρόβλεψαν ότι αστέρες νετρονίων πάνω από κάποιο άλλο όριο (το όριο Τόλμαν-Όπενχάιμερ-Βόλκοφ) θα κατέρρεαν ακόμη περισσότερο για τους λόγους που παρουσίασε ο Τσαντρασεκάρ. Καταλήγοντας, συμπέραναν ότι κανένας νόμος της φύσης δεν θα παρέμβει για να σταματήσει τουλάχιστον μερικά άστρα από το να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες.
Σχηματισμός
Οι μαύρες τρύπες προβλέπονται από την γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία όχι μόνο αναφέρει ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να υπάρξουν, αλλά προβλέπει ότι σχηματίζονται στη φύση οποτεδήποτε συγκεντρώνεται σε ένα δεδομένο χώρο επαρκής ποσότητα μάζας, μέσω της διαδικασίας που καλείται βαρυτική κατάρρευση. Όσο η μάζα μέσα σε μία συγκεκριμένη περιοχή μεγαλώνει, η δύναμη της βαρύτητας γίνεται πιο ισχυρή – ή στη γλώσσα της σχετικότητας, ο χώρος γύρω της παραμορφώνεται όλο και εντονότερα. Όταν η ταχύτητα διαφυγής σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το κέντρο φθάσει την ταχύτητα του φωτός, σχηματίζεται ένας ορίζοντας γεγονότων, μέσα στον οποίο ύλη και ενέργεια αναπόφευκτα καταρρέουν σε ένα μοναδικό σημείο, σχηματίζοντας μία βαρυτική μοναδικότητα.
Μια ποσοτική ανάλυση αυτής της ιδέας οδήγησε στην πρόβλεψη ότι ένας αστέρας που έχει τουλάχιστον 3 φορές την μάζα του ήλιου στο τέλος της εξέλιξής του, σχεδόν σίγουρα θα συρρικνωθεί μέχρι το κρίσιμο εκείνο μέγεθος που χρειάζεται για να υποστεί βαρυτική κατάρρευση. Μόλις αρχίσει η κατάρρευση, δεν φαίνεται να μπορεί να διακοπεί από καμία φυσική δύναμη και σχηματίζεται αστέρας νετρονίων. Αν η μάζα του είναι ακόμα πιο μεγάλη, τελικά σχηματίζεται μαύρη τρύπα.
Ιδιότητες και δομή
Σύμφωνα με την κλασσική γενική σχετικότητα, ούτε ύλη ούτε πληροφορίες μπορούν να κινηθούν από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας προς έναν εξωτερικό παρατηρητή. Για παράδειγμα, δεν μπορεί κάποιος να πάρει δείγμα του υλικού της ή να δεχτεί την ανάκλαση από μια φωτεινή πηγή (π.χ. φακό) ούτε να πάρει πληροφορίες για το υλικό από το οποίο αποτελείται η μαύρη τρύπα. Κβαντομηχανικά φαινόμενα μπορούν να επιτρέψουν σε ύλη και ενέργεια να δραπετεύσουν από μαύρες τρύπες. Εικάζεται, όμως, ότι η φύση τους δεν εξαρτάται από αυτά που έχουν εισέλθει στη μαύρη τρύπα κατά το παρελθόν. Αυτό σημαίνει ότι στις μαύρες τρύπες γίνεται απώλεια πληροφορίας σε σχέση με το είδος των σωματιδίων (τα μόνα χαρακτηριστικά που «διατηρεί στη μνήμη» η μαύρη τρύπα είναι η μάζα και το φορτίο της απορροφημένης ύλης). Επομένως, μια μαύρη τρύπα πρέπει να χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη εντροπία.
Ορίζοντας γεγονότων
Το καθοριστικό χαρακτηριστικό μιας μαύρης τρύπας είναι η εμφάνιση ενός ορίζοντα γεγονότων σε ένα όριο στο χωροχρόνο, μέσα από το οποίο η ύλη και το φως μπορεί να περάσει μόνο προς τα μέσα για τη μάζα της μαύρης τρύπας. Τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων. Ο ορίζοντας γεγονότων (event horizon) αναφέρεται ως τέτοιος, διότι αν κάτι συμβεί εντός των ορίων του, οι πληροφορίες από αυτό το γεγονός δεν μπορούν να φτάσουν σε ένα εξωτερικό παρατηρητή, καθιστώντας αδύνατο να προσδιοριστεί αν κάτι τέτοιο συνέβη.
Όπως προβλέπεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει τον χωροχρόνο κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα μονοπάτια που λαμβάνονται από τα σωματίδια στρέφονται προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν μονοπάτια που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα.
Για μια μη περιστρεφόμενη (στατική) μαύρη τρύπα, η ακτίνα Σβάρτσιλντ οριοθετεί ένα σφαιρικό ορίζοντα γεγονότων. Η ακτίνα Schwarzschild ενός αντικειμένου είναι ανάλογη προς τη μάζα. Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων. Δεδομένου ότι ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι μια επιφάνεια του υλικού, αλλά απλώς μια μαθηματική έννοια οριοθέτησης συνόρου, τίποτα δεν εμποδίζει την ύλη ή την ακτινοβολία από το να εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα, μόνο την έξοδό της. Η περιγραφή των μαύρων τρυπών που δίνεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι γνωστό ότι είναι μια προσέγγιση, και μερικοί επιστήμονες αναμένουν ότι οι επιπτώσεις της κβαντικής βαρύτητας θα είναι σημαντική κοντά στην περιοχή του ορίζοντα γεγονότων. Αυτό θα επιτρέψει τις παρατηρήσεις της ύλης κοντά του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας να χρησιμοποιούνται για την έμμεση μελέτη της γενικής σχετικότητας και τις προτεινόμενες επεκτάσεις σε αυτή.
Βαρυτική μοναδικότητα
Βαρυτική μοναδικότητα ονομάζεται η περιοχή στον χωροχρόνο, όπου το βαρυτικό πεδίο ενός ουράνιου σώματος γίνεται άπειρο με έναν τρόπο τέτοιο, που δεν εξαρτάται στο σύστημα συντεταγμένων. Αυτές οι ποσότητες είναι οι βαθμιδωτές σταθερές καμπυλώσεις του χωροχρόνου, πράγμα το οποίο συνάδει με μία μεζούρα πυκνότητας της ύλης. Από τη στιγμή που τέτοιες ποσότητες γίνονται άπειρες μέσα στη μοναδικότητα, οι νόμοι του φυσιολογικού χωροχρόνου δεν μπορούν να υπάρξουν.
Εργόσφαιρα
Εργόσφαιρα ονομάζεται η περιοχή του χώρου που βρίσκεται έξω από κάθε περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Το όνομά της προτάθηκε από τους Ρέμο Ρουφίνι και Τζων Γουίλερ το 1971 και προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις «έργο» και «σφαίρα». Οφείλεται στο ότι σε αυτή την περιοχή του χώρου είναι θεωρητικώς δυνατή η εξαγωγή ενέργειας και μάζας από τη μαύρη τρύπα. Η εργόσφαιρα έχει σχήμα πεπλατυσμένου ελλειψοειδούς που εφάπτεται στον ορίζοντα γεγονότων στους πόλους περιστροφής μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας και εκτείνεται σε μέγιστη απόσταση από τον ορίζοντα γεγονότων επάνω από τον ισημερινό. Η ισημερινή (μέγιστη) ακτίνα μιας εργόσφαιρας αντιστοιχεί στην ακτίνα Σβάρτσιλντ που θα είχε η ίδια μαύρη τρύπα αν δεν περιστρεφόταν. Η πολική (ελάχιστη) ακτίνα μπορεί να ισούται μέχρι και το μισό της ακτίνας Σβάρτσιλντ αν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται με τη μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα περιστροφής.
Παρατήρηση
Θεωρητικά κανένα αντικείμενο πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων δεν θα μπορούσε να έχει αρκετή ταχύτητα να διαφύγει από μια μαύρη τρύπα, συμπεριλαμβανομένου και του φωτός. Εξαιτίας αυτού, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να εκπέμψουν κανενός είδους φως ή άλλο στοιχείο που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την ύπαρξή τους. Παρ’ όλα αυτά οι μαύρες τρύπες μπορούν να ανιχνευτούν με την μελέτη φαινομένων γύρω τους, όπως για παράδειγμα η βαρυτική διάθλαση και τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από χώρο που δεν φαίνεται να υπάρχει εμφανής ύλη.
Τα πιο εμφανή αποτελέσματα πιστεύεται ότι προέρχονται από ύλη που πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η οποία προβλέπεται ότι συγκεντρώνεται σε ένα εξαιρετικά θερμό και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. O δίσκος αυτός είναι γνωστός ως δίσκος προσαύξησης. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτίνων Χ. Η θέρμανση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική και μπορεί να μετατρέψει ακόμα και το 50% της ενέργειας ενός αντικειμένου σε ακτινοβολία.
Η ύπαρξη μαύρων τρυπών στο σύμπαν υποστηρίζεται και από τις αστρονομικές παρατηρήσεις, ειδικά από τη μελέτη των σουπερνόβα και των ακτίνων Χ που εκπέμπουν ενεργοί γαλαξίες.
Τον Φεβρουάριο του 2016 ανακοινώθηκε από τους επιστήμονες η επιτυχής παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων, μια εξέλιξη η οποία χαιρετίστηκε ως η μεγαλύτερη ανακάλυψη του αιώνα, καθώς έγινε δυνατή η παρατήρηση αντικειμένων στο σύμπαν τα οποία δεν εκπέμπουν φως όπως μαύρες τρύπες και σκοτεινή ύλη.
Στις 10 Απριλίου 2019 δημοσιεύθηκε η πρώτη στην ιστορία άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας στον γαλαξία Μεσιέ 87, όπως την κατέγραψε το Event Horizon Telescope το 2017.
Οι μαύρες τρύπες δεν είναι πια επιστημονική φαντασία
Οι επιστήμονες του διεθνούς Τηλεσκοπίου Ορίζοντα Γεγονότων (Event Horizon Telescope-EHT) ανακοίνωσαν ότι για πρώτη φορά «φωτογράφησαν» τη μεγάλη μαύρη τρύπα που υπάρχει στο κέντρο ενός γαλαξία, συγκεκριμένα του γιγάντιου γαλαξία Μessier 87 (Μ87). Ή μάλλον τη «σκιά» που αυτή ρίχνει στο φωτεινό υπόβαθρο των αερίων που στροβιλίζονται γύρω της, αφού είναι αδύνατο να δει κανείς τι πραγματικά υπάρχει στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας, από όπου δεν μπορεί να δραπετεύσει τίποτε, ούτε το φως.
Τέσσερις ομάδες από όλα τα σημεία του πλανήτη εργάστηκαν με ειδικούς αλγορίθμους προκειμένου να μπορέσουν να αναλύσουν τα δεδομένα και να συνθέσουν την πρώτη φωτογραφία της μαύρης τρύπας.
Οι αστρονόμοι έχουν επιτέλους μια -έστω μικρή και θολή- εικόνα του περιβάλλοντος (του λεγόμενου «ορίζοντα γεγονότων») της μαύρης τρύπας, δηλαδή της συνοριακής περιοχής πέρα από την οποία δεν υπάρχει σημείο επιστροφής, καθώς ούτε καν το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει.
Γι’ αυτό το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας δεν είναι δυνατό να φωτογραφηθεί, αφού απλώς είναι… κατάμαυρο.
Τώρα για πρώτη φορά όμως έχουμε την πρώτη εικόνα από τις «σκιές» που ρίχνουν γύρω τους οι μαύρες τρύπες, οι οποίες προκαλούν ακραίες καμπυλώσεις του χωροχρόνου. Περιβαλλόμενες από στροβιλιζόμενα καυτά νέφη σκόνης και αερίων, εκπέμπουν ισχυρή ακτινοβολία και προδίδουν έμμεσα την ύπαρξη τους. Τώρα -αν μη τι άλλο- χάρη στη φωτογράφηση θα πειστούν ακόμη και οι ..άπιστοι Θωμάδες ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι πλάσματα της επιστημονικής φαντασίας.
Το επίτευγμα, που αποτελεί ορόσημο στην αστρονομία και στην αστροφυσική, θεωρήθηκε δεόντως σημαντικό, ώστε η σχετική ανακοίνωση έγινε με έξι ταυτόχρονες συνεντεύξεις σε έξι πόλεις: στην Ουάσιγκτον (η κεντρική εκδήλωση που διοργανώθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF), στις Βρυξέλλες (διοργανώθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή με τη συμμετοχή του Ευρωπαίου επιτρόπου για την Έρευνα-Επιστήμη-Καινοτομία Κάρλος Μοέδας), στη Σαγκάη της Κίνας, στην Ταϊπέι της Ταϊβάν, στο Σαντιάγο της Χιλής και στο Τόκιο της Ιαπωνίας.
Μέχρι σήμερα η ύπαρξη των μαύρων οπών τεκμαιρόταν έμμεσα από τις βαρυτικές και άλλες επιδράσεις που ασκούν στο περιβάλλον τους, αλλά ποτέ κανείς δεν είχε «δει» τι υπάρχει γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Το τηλεσκόπιο ΕΗΤ, που ξεκίνησε να δημιουργείται το 2012, αποτελείται από ένα ευρύ δίκτυο οκτώ διάσπαρτων και συντονισμένων μεταξύ τους ραδιοτηλεσκοπίων σε διάφορα μέρη του κόσμου. Αυτά δημιουργούν -μέσω της διασύνδεσης τους με τη βοήθεια της συμβολομετρίας και ενός υπερυπολογιστή- ένα ενιαίο τεράστιο εικονικό τηλεσκόπιο με μέγεθος σχεδόν όσο η Γη, το οποίο καταγράφει τις ακτινοβολίες ραδιοκυμάτων που εκπέμπονται από μια μαύρη τρύπα. Με αυτό τον τρόπο, δημιουργείται αρκετή δυνατότητα μεγέθυνσης, ώστε να απεικονισθεί η περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα, του λεγόμενου «ορίζοντα γεγονότων», πέρα από τον οποίο τίποτε δεν υπάρχει επιστροφή, ούτε για το φως. Μια μαύρη τρύπα είναι μαύρη, ακριβώς επειδή δεν μπορούν να βγουν φωτόνια από εκεί.
Το ΕΗΤ, που έκανε τις πρώτες παρατηρήσεις του το 2017, διαθέτει επιμέρους «μάτια» στις ΗΠΑ (τηλεσκόπια SMT σε Αριζόνα και James Clerk Maxwell σε Χαβάη), Μεξικό (τηλεσκόπιο LMT), Χιλή (τηλεσκόπια ALMA του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου και APEX), Ισπανία (τηλεσκόπιο IRAM), Ανταρκτική (Τηλεσκόπιο Νοτίου Πόλου), Γαλλία (Άλπεις) και Γροιλανδία. Στο μέλλον ακόμη περισσότερα τηλεσκόπια αναμένεται να προστεθούν στο δίκτυο του ΕΗΤ, αυξάνοντας περαιτέρω τις δυνατότητές του.
Μέχρι τώρα το τηλεσκόπιο ΕΗΤ έχει στρέψει την προσοχή του σε δύο μαύρες τρύπες:
-Στην κεντρική μαύρη τρύπα του γαλαξία μας, γνωστή και ως «Τοξότης Α*» (Sagittarius A* ή εν συντομία Sgr A*), που απέχει περίπου 26.000 έτη φωτός από τη Γη (245 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα) και έχει μάζα τέσσερα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου μας, άρα η διάμετρος της εκτιμάται σε περίπου 44 εκατομμύρια χιλιόμετρα, κατά προσέγγιση το 10% του μεγέθους του ηλιακού μας συστήματος. Αν και φαίνεται μεγάλη, λόγω της απόστασης της από τη Γη, είναι σαν να προσπαθεί να φωτογραφήσει κανείς μια μπαλίτσα γκολφ πάνω στη Σελήνη.
Βρίσκεται σε φάση «ύπνωσης», καθώς δεν καταναλώνει ενεργά μεγάλες ποσότητες γειτονικών άστρων και αερίων.
-Στην κατά πολύ μεγαλύτερη και πιο ενεργή μαύρη τρύπα στο κέντρο του γιγάντιου γαλαξία Μessier 87 (Μ87) στον αστερισμό της Παρθένου, σε απόσταση 55 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, η οποία έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, συνεπώς ο ορίζοντας γεγονότων της είναι πολύ μεγαλύτερος από του Τοξότη Α*.
Πηγή: Kathimerini.gr 04/2019
Από την «Οδύσσεια του διαστήματος» στο «Interstellar»
Οι Μαύρες Τρύπες στην Επιστημονική Φαντασία
Η λίστα των βιβλίων, ταινιών και τηλεοπτικών σειρών που έχουν ασχοληθεί με το θέμα της Μαύρης Τρύπας, είναι σχεδόν ατελείωτη. Από τον Άρθουρ Κλαρκ και το πρώτο βιβλίο του The City and the Stars (1956), μέχρι το 2001: Οδύσσεια του Διαστήματος (βασισμένο επίσης σε βιβλίο του Κλαρκ) του Στάνλεϊ Κιούμπρικ και, φυσικά, το Interstellar, η Μαύρη Τρύπα ήταν πάντα στα ζητούμενα της επιστημονικής φαντασίας. Όπως ήταν και η αναζήτηση νέων κόσμων, σε τούτη τη διάσταση ή σε κάποια άλλη.
Η διαφυγή γενικά…
O Ευρωπαίος Επίτροπος για την Έρευνα, Κάρλος Μοέντας, δεν μπορούσε να κρύψει τη χαρά του στην παρουσίαση της πρώτης φωτογραφίας μαύρης τρύπας που τραβήχτηκε ποτέ. Επέλεξε να κλείσει την παρουσίαση με μια φράση του Στίβεν Χόκινγκ: «Οι Μαύρες Τρύπες δεν είναι τόσο μαύρες όσο νομίζουμε. Τα πράγματα μπορούν να βγουν από μια Μαύρη Τρύπα και πιθανώς να βρεθούν και σε ένα άλλο σύμπαν. Έτσι, εάν νοιώθετε ότι είστε μέσα σε μια Μαύρη Τρύπα, μην απελπίζεστε. Υπάρχει πάντα οδός διαφυγής».
Αυτή την οδό διαφυγής αναζήτησε πάντα και η μυθοπλασία, χρησιμοποιώντας τις Μαύρες Τρύπες σαν αυτό που όλο και περισσότερο πιστεύουμε ότι είναι: Μεγάλες πόρτες που θα μας ανοίξουν τη δίοδο προς μια άλλη πραγματικότητα.
Στην «Οδύσσεια του Διαστήματος» (1968) είναι πολλές οι απορίες με τις οποίες ήθελε να μας αφήσει για πάντα ο Κιούμπρικ και μια από αυτές είναι εάν ο αστροναύτης του ταξιδεύει το τελευταίο τέταρτο της ταινίας μέσα σε μια Μαύρη Τρύπα, ή στο υποσυνείδητό του. Κάποιοι, βέβαια, θα πείτε -ορθώς- ότι αυτά τα δύο δεν διαφέρουν και πολύ. Είτε το ταξίδι είναι εξωτερικό είτε εσωτερικό, ο προορισμός είναι εξίσου άγνωστος και δεν μπορεί κανείς να τον υποθέσει εάν δεν κάνει τη διαδρομή. Και αν την κάνει, οι πιθανότητες να επιστρέψει για να πει την ιστορία, είναι απειροελάχιστες.
Αρκετά χρόνια αργότερα, το 1997, μια ομάδα αστροναυτών με πλοίαρχο τον έμπειρο Captain Miller (Λόρενς Φίσμπορν), κάτω από τις εντολές του ειδικού επιστήμονα William Weir (Σαμ Νιλ), διατάζεται να εξερευνήσει το διαστημόπλοιο Event Horizon -που είχε εξαφανιστεί ξαφνικά στο διάστημα πριν πολλά χρόνια. Το Event Horizon είχε μία απόρρητη αρχική αποστολή: Να δημιουργεί «Πύλες» (Μαύρες Τρύπες) και να τις διέρχεται μετακινούμενο στο χωρόχρονο.
Αμέσως μετά την επιβίβαση τους στο ογκώδες σκάφος, τα μέλη της αποστολής αντιλαμβάνονται ότι το πλοίο δεν έχει καμία σχέση με την αρχική του κατάσταση: βλέπουν οράματα και έχουν βιωματικές παραισθήσεις από την προσωπική τους ζωή για γεγονότα τα οποία δεν γνωρίζει κανείς εκτός από αυτούς και τη διαβολική δύναμη που έχει κυριεύσει το Event Horizon.. Κάποια στιγμή καταλαβαίνουν ότι η Μαύρη Τρύπα το έστειλε μέσα από την Πύλη που δημιούργησε στην Κόλαση και το πλοίο μετατράπηκε σε έναν κακόβουλο οργανισμό που θέλει να επιστρέψει -μαζί με το πλήρωμα- στο «σπίτι» του.
Το «Event Horizon» έχει τα πάντα: Πολλά ειδικά εφέ, εκρήξεις, αίμα, ζόμπι που καταδιώκουν τους αστροναύτες και αγωνία αν θα τα καταφέρουν οι Γήινοι… Το έργο ταλαντεύεται ανάμεσα στην Επιστημονική Φαντασία, τον Αποκρυφισμό και το splatter. Για κάποιους είναι ένα απλοϊκό b-movie επιστημονικής φαντασίας και για κάποιους άλλους ένα παραγνωρισμένο και υποτιμημένο αριστούργημα sci-fi/horror. Πράγματι, η σκηνοθετική άποψη του Πολ Άντερσον ήταν ευρηματική για τη συγκεκριμένη κατηγορία ταινιών. Πέρα απ’ αυτό, ο τρόμος που μας προκαλεί πάντα το τι θα βρούμε πέρα από τον ορίζοντα μιας Μαύρης Τρύπας, συνυπάρχει απόλυτα με την περιέργειά μας.
Ο τρόμος του άγνωστου.
Και φτάνουμε στο αριστούργημα του είδους, το Interstellar (2014). Στο οποίο μια σκουληκότρυπα οδηγεί σε μια Μαύρη Τρύπα (το Γαργαντούα), η οποία βρίσκεται 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Η μάζα της είναι 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ηλίου μας και περιστρέφεται με ταχύτητα 99,8% αυτής του Φωτός.
Όλα αυτά βέβαια είναι ανατριχιαστικά κοντά στην επιστημονική πραγματικότητα και αυτό δεν είναι τυχαίο.
Στο παρελθόν, οι ταινίες του Κρίστοφερ Νόλαν, «Μεμέντο» και «Inception» μιλούσαν για το χρόνο. Στο Interstellar, ο χωροχρόνος, οι σκουληκότρυπες, οι μαύρες τρύπες, το διαστημικό ταξίδι σε ταχύτητες που φτάνουν την ταχύτητα του φωτός και η βαρύτητα παίζουν σημαντικό ρόλο, όπως είχαν παίξει πολύ σημαντικό ρόλο και στην «Οδύσσεια του Διαστήματος». Ο Νόλαν είναι δηλωμένος λάτρης του Κιούμπρικ και της «Οδύσσειας» και ήθελε οι δικές του αναπαραστάσεις της Μαύρης Τρύπας να είναι όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικές. Γι αυτό το λόγο, συνεργάστηκε με τον θεωρητικό φυσικό Κιπ Θορν.
Ο φυσικός συνεργάστηκε με τη σειρά του με την ομάδα των ειδικών εφέ του «Interstellar», και έτσι με βάση τις εξισώσεις του και τις θεωρίες του (ή και τη φαντασία του), κατάφεραν να δημιουργήσουν όσο το δυνατόν πειστικότερα (αν και όχι απαραίτητα ρεαλιστικά, αφού δεν γνωρίζαμε πώς πραγματικά μοιάζει μία σκουληκότρυπα ή μία Μαύρη Τρύπα) τρισδιάστατα μοντέλα των φυσικών φαινομένων, τα οποία παίζουν κομβικό αν όχι πρωταγωνιστικό ρόλο στη ταινία.
Ο Θορν δημιούργησε νέες εξισώσεις, σε μία προσπάθεια να βοηθήσει στην οπτική αναπαράσταση των μεταβολών των ακτίνων του φωτός -βασιζόμενος στις εξισώσεις της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ο φυσικός, βοήθησε τον ειδικό στα special effects, Πολ Φράνκλιν και την ομάδα του που αποτελείται από 30 άτομα, να δημιουργήσει τη Μαύρη Τρύπα και τη σκουληκότρυπα, ενώ είχε και γενικό συμβουλευτικό ρόλο σε άλλα επιστημονικά ζητήματα στην ταινία.
Η συνεργασία μεταξύ κινηματογραφιστών και επιστημόνων δεν είναι κάτι καινούργιο. Από τις πρώτες κιόλας ταινίες που δημιουργήθηκαν στα στούντιο του Χόλιγουντ, επιστήμονες στρατολογούνταν για να βοηθήσουν στο σενάριο, τα σκηνικά και τα κουστούμια ή τα ειδικά εφέ.
Η Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ ξεκίνησε από το 2008 ένα πρόγραμμα με τίτλο «Science & Entertainment Exchange», με έδρα το Λος Άντζελες, που έχει στόχο να φέρει σε επαφή δημιουργούς ταινιών με επιστήμονες διαφόρων τομέων. Μόνο στα 3 πρώτα χρόνια οι επιστήμονες που συμμετείχαν στο πρόγραμμα έδωσαν τις συμβουλές τους σε περισσότερα από 350 κινηματογραφικά πρότζεκτ.
Και σε αυτό τον τομέα την αρχή είχε κάνει ο Κιούμπρικ, 46 χρόνια πριν, όταν συνεργάστηκε με τον Κλαρκ, στην «Οδύσσεια». Ο Κλαρκ είχε ρόλο ισότιμο σχεδόν με αυτόν του Κιούμπρικ, και επίσης είχε μια ομάδα που περιλάμβανε δυο πρώην επιστήμονες της NASA και 65 εταιρίες τεχνολογίας, ερευνητικούς φορείς και κρατικές υπηρεσίες που του παρείχαν τεχνολογικές και επιστημονικές συμβουλές.
Ο Κρίστοφερ Νόλαν, λοιπόν, το είχε δηλώσει ότι ήθελε να φτιάξει τη νέα «Οδύσσεια του Διαστήματος», και δεν θα μπορούσε παρά να ακολουθήσει τα βήματα του Κιούμπρικ.
Ο Θορν, από την άλλη, εδώ και χρόνια είχε εκδηλώσει το ενδιαφέρον του να εμπλακεί σε κάποια ταινία η οποία θα αφορούσε τις μυστηριώδεις ιδιότητες που παρουσιάζουν οι (πραγματικές όπως ξέρουμε πλέον) Μαύρες Τρύπες και οι σκουληκότρυπες. Η ευκαιρία που έψαχνε του δόθηκε με το «Interstellar». Ο Νόλαν προχώρησε στην ολοκλήρωση του σεναρίου με τον αστροφυσικό να σχολιάζει «Όλη η ιστορία είναι ουσιαστικά των σεναριογράφων, αλλά το πνεύμα της, ο στόχος του να γίνει δηλαδή μια ταινία στην οποία η επιστήμη είναι συνυφασμένη στην ίδια της τη δομή, διατηρήθηκε».
Η Φυσική της ταινίας θεωρείται σε γενικές γραμμές σωστή, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε εφαρμοσμένο επίπεδο. Οι απεικονίσεις συνθηκών έλλειψης βαρύτητας, διαστημικού ταξιδιού ή οχημάτων, είναι ρεαλιστικές. Όπως και το ταξίδι στο χρόνο, η επίδραση μιας μαύρης τρύπας στο περιβάλλον της και η ύπαρξη μιας σκουληκότρυπας είναι, θεωρητικά τουλάχιστον, έγκυρες.
Ναι, οι μαύρες τρύπες υπάρχουν. Θεωρητικά είχαν προβλεφθεί πριν 100 χρόνια, από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, παρότι ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν πίστευε ότι υπάρχουν. Μια μαύρη τρύπα είναι μια ανωμαλία στον χωρόχρονο, η οποία δημιουργεί ένα τόσο ισχυρό βαρυτικό πεδίο που ακόμα και το φως δεν μπορεί να διαφύγει. Και όταν κάτι δεν εκπέμπει ή δεν αντανακλά το φως φαίνεται μαύρο. Γι αυτό και δεν μπορούμε να δούμε μια μαύρη τρύπα.
Ο Νόλαν ζήτησε από τον Θορν να προμηθεύσει την ομάδα ειδικών εφέ που θα δούλευε για την ταινία, με εξισώσεις οι οποίες περιγράφουν την επίδραση μιας μαύρης τρύπας στο φως που είναι κοντά της. Τα 30 μέλη της ομάδας, με τη χρήση εξοπλισμού αιχμής και εκατοντάδων υπολογιστών δημιούργησαν πολύ εντυπωσιακές και ταυτόχρονα επιστημονικά ακριβείς αναπαραστάσεις του Γαργαντούα. Είναι πιθανόν οι ακριβέστερες αναπαραστάσεις μιας Μαύρης Τρύπας που έχουν γίνει ποτέ μέχρι σήμερα, οι οποίες ξεπέρασαν τις προσδοκίες του σκηνοθέτη.
Η ταινία παύει να είναι επιστημονική και γίνεται σκέτη φαντασία, τη στιγμή που ο πρωταγωνιστής της μπαίνει στη Μαύρη Τρύπα. Κανείς μας δεν μπορεί ούτε να ξέρει αλλά ούτε και να υποθέσει με ασφάλεια τι συμβαίνει όταν ο άνθρωπος περνάει αυτό το σύνορο.
Γι αυτό υπάρχει, εξάλλου και η μυθοπλασία, ώστε να μπορούμε να συνεχίσουμε να υποθέτουμε και να ονειρευόμαστε, πλησιάζοντας όλο και περισσότερο κάθε μέρα την αλήθεια…
Πηγή: Μαρία Δεδούση – CNN Greece, 11 Απριλίου 2019
Οι Μαύρες Τρύπες ως Κινητήρες Διαστημοπλοίων; Η Επιστημονική Φαντασία Πραγματικότητα;
Οι πτήσεις στο διάστημα σίγουρα κατατάσσονται ανάμεσα στις πιο δύσκολες προκλήσεις που έχουν ποτέ εμπνεύσει τον ανθρώπινο πολιτισμό.
Οι αποστάσεις ακόμα και στα πιο κοντινά αστέρια είναι τόσο εκπληκτικές που φαντάζουν απίθανο να καλυφθούν με βάσει τα σημερινά μέσα και την γνωστή τεχνολογία που διαθέτουν οι ήδη υπάρχουσες εταιρίες και εκείνες οι υπηρεσίες που ασχολούνται με το διάστημα.
Θα μπορούσε κάτι τέτοιο να είναι εφικτό; Θα μπορούσαν οι μαύρες τρύπες kugelblitz να δώσουν μία ώθηση στα διαστημόπλοια και να λύσουν το ζήτημα αυτό;
Δείτε το βίντεο που ακολουθεί από το κανάλι Seeker του YouTube που εξηγεί κάθε πτυχή του κόσμου μας μέσω της επιστήμης, εμπνέοντας μια νέα γενιά περίεργων μυαλών που θέλουν να μάθουν πώς οι σημερινές ανακαλύψεις στην τεχνολογία μπορούν να επηρεάσουν τη ζωή μας και να διαμορφώνουν το μέλλον μας.
Could Black Holes Made Of Light Power Our Spaceships?:
Πηγή: Σπύρος Μακρής – diadrastika.com 03/2019
Πηγές: el.wikipedia.org