Găurile negre ar putea face ceva considerat imposibil până acum. Descoperirea care pune sub semnul întrebării legile Universului

Ideea pare desprinsă dintr-un film science-fiction, mai ales că găurile negre au o gravitație atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa din interiorul lor. Cu toate acestea, o echipă internațională de fizicieni, din care face parte profesorul Francesco Sannino de la Universitatea Danemarcei de Sud, a analizat condițiile în care o gaură neagră s-ar putea diviza. Rezultatele, publicate în revista științifică Physical Review D, deschid o discuție fascinantă despre limitele fizicii actuale.

De ce o gaură neagră nu ar trebui să se poată rupe în două

Principala problemă nu este doar gravitația extremă, ci și una dintre cele mai importante legi ale fizicii: a doua lege a termodinamicii. Aceasta spune că entropia totală a unui sistem izolat nu poate scădea. Entropia este o mărime asociată numărului de moduri în care poate fi organizat un sistem și este explicată adesea, simplificat, prin ideea de dezordine.

Stephen Hawking a demonstrat teoretic că găurile negre au entropie, iar aceasta depinde de suprafața orizontului evenimentelor, granița dincolo de care nimic nu mai poate scăpa. În mod obișnuit, împărțirea unei găuri negre în două obiecte mai mici ar reduce entropia totală, ceea ce ar încălca această lege fundamentală.

De altfel, observațiile realizate prin intermediul undelor gravitaționale au oferit deja confirmări importante pentru teoriile lui Hawking. Cercetătorii au putut analiza ce se întâmplă atunci când două găuri negre fuzionează și formează una mai mare. Astfel de descoperiri, inclusiv cele despre semnalele provenite din apropierea orizontului evenimentelor, contribuie la verificarea predicțiilor fizicii moderne.

Există însă o situație specială în care calculele devin mult mai interesante: atunci când gaura neagră se rotește extrem de repede.

O rotație aproape de limita maximă ar putea schimba totul

Găurile negre nu sunt obiecte complet nemișcate. Multe dintre ele se rotesc în jurul propriei axe, păstrând o parte din mișcarea stelelor din care s-au format. În anumite condiții, viteza acestei rotații poate deveni extraordinar de mare.

Cercetătorii au descoperit că o gaură neagră aflată foarte aproape de limita maximă teoretică a rotației ar putea, cel puțin matematic, să se divizeze în două găuri negre care se rotesc mai lent. O parte din momentul cinetic al obiectului inițial ar putea fi preluată de mișcarea orbitală a celor două fragmente.

Într-un asemenea scenariu, divizarea ar putea fi compatibilă cu cerințele termodinamicii. Totuși, condițiile necesare sunt atât de restrictive încât fenomenul ar fi probabil extrem de rar.

Pentru a descrie procesul, fizicienii au folosit un model matematic neobișnuit, denumit „topologia perechii de pantaloni”. Dacă reprezentăm evoluția găurii negre în timp, obiectul inițial seamănă cu partea superioară a unei perechi de pantaloni, iar cele două găuri negre rezultate formează cele două crăci.

Cum am putea descoperi dacă fenomenul există cu adevărat

Marea necunoscută rămâne mecanismul care ar putea declanșa divizarea. Una dintre explicațiile propuse implică superradianța, un fenomen prin care anumite unde pot extrage energie din rotația unei găuri negre. În anumite modele, amplificarea lor ar putea produce instabilități suficient de puternice pentru a favoriza separarea.

O altă posibilitate apare în teoriile care presupun existența unor dimensiuni suplimentare ale Universului. În aceste modele, ar fi mai probabil ca o gaură neagră să desprindă un fragment mult mai mic decât să se împartă în două jumătăți egale. Ipoteza este interesantă și în contextul cercetărilor despre găurile negre primordiale, care s-ar fi putut forma în primele momente ale Universului.

Francesco Sannino recunoaște că oamenii de știință nu pot calcula încă probabilitatea unui asemenea eveniment. Totuși, cercetătorii consideră că eventualele fragmente foarte mici ar putea lăsa semnale detectabile de telescoape care observă radiațiile gamma, precum Fermi-LAT.

Deocamdată, nimeni nu a observat o gaură neagră rupându-se în două. Iar studiul nu demonstrează că acest lucru se întâmplă în realitate. Arată doar că anumite modele teoretice permit un asemenea scenariu.

Este însă o perspectivă spectaculoasă. Într-un Univers în care astronomii continuă să descopere sisteme neobișnuite de găuri negre, chiar și procesele care par imposibile merită investigate. Iar dacă divizarea găurilor negre va fi confirmată vreodată, descoperirea ar putea schimba profund ceea ce știm despre gravitație, spațiu și timp.