Un nou studiu sugerează că ar fi nevoie de o schimbare de paradigmă în înţelegerea găurilor negre, care nu ar fi entităţile fără structură prezise de Einstein în teoria generală a relativităţii, ci nişte fenomene cuantice denumite "stele îngheţate", transmite Live Science.

Chiar dacă aceste fenomene cuantice împărtăşesc unele similarităţi cu modul în care fizica descrie găurile negre, ele sunt diferite în domenii importante ce ar putea rezolva celebrul paradox al radiaţiei Hawking (denumită după fizicianul englez Stephen Hawking, care a propus şi descris acest fenomen). Acest paradox se manifestă pentru că radiaţia teoretică emisă de orizontul evenimentelor unei găuri negre pare să nu poarte informaţii despre materia aflată în interiorul găurii negre, fapt care contrazice un principiu fundamental al mecanicii cuantice conform căruia informaţia nu poate fi distrusă.

Mai mult decât atât, spre deosebire de găurile negre aşa cum le înţelegem acum, stelele îngheţate nu conţin neapărat o singularitate - un punct de densitate infinită - în centrul lor - fapt care rezolvă o altă contradicţie între imaginea clasică a găurilor negre şi regula generală din ştiinţă care spune că infinitul nu poate exista în natură. Atunci când într-o teorie apare infinitul, acesta este de obicei un semnal al limitelor respectivei teorii.

"Stelele îngheţate sunt un tip de imitatori de găuri negre: obiecte astrofizice ultracompacte care nu conţin singularităţi, nu au un orizont (al evenimentelor) dar care totuşi pot imita toate proproetăţile observabile ale unei găuri negre", a susţinut Ramy Brustein, profesor de fizică la Universitatea Ben-Gurion din Israel, într-un email adresat Live Science. "Dacă aceste obiecte chiar există, atunci ele semnalează nevoia de a modifica într-un mod semnificativ şi fundamental teoria relativităţii generale a lui Einstein".

Ramy Brustein este autorul principal al studiului ce descrie teoria cu privire la stelele îngheţate, ce a fost publicat în luna iulie în jurnalul Physical Review D.

Rezolvarea paradoxului

Modelul clasic al găurilor negre, descris pentru prima dată de Karl Schwarzschild în 1916, prezintă găurile negre ca având două caracteristici principale: o singularitate în care este concentrată întreaga masă şi un orizont al evenimentelor, frontiera dincolo de care nimic, nici măcar lumina, nu mai poate scăpa forţei gravitaţionale a găurii negre.

Însă după introducerea mecanicii cuantice, acest model se confruntă cu o problemă importantă. În anii 1970, Stephen Hawking a făcut celebra descoperire că efectele cuantice produse în apropierea orizontului evenimentelor ar trebui să ducă la crearea unor particule din vidul cosmic, proces denumit radiaţie Hawking. Acest proces ar provoca pierderea treptată de masă de către gaura neagră, care treptat, în intervale de timp mai lungi decât vârsta Universului, ar urma să se evapore complet.

Paradoxul se produce pentru că această radiaţie pare să nu poarte niciun fel de informaţie cu privire la materia aflată în interiorul găurii negre. iar dacă gaura neagră se evaporă complet, atunci această informaţie pare să se piardă pentru totdeauna, fiind încălcat un principiu fundamental al mecanicii cuantice care indică faptul că informaţia trebuie să se conserve. Această contradicţie este cunoscută drept paradoxul informaţiei pierdute şi este una dintre cele mai grele probleme cu care se confruntă fizica teoretică.

În noul studiu, Ramy Brustein şi colegii săi, A.J.M. Medved de la Rhodes University şi respectiv Tamar Simhon de la Universitatea Ben-Gurion, realizează o analiză teoretică detaliată a modelului stelelor îngheţate şi au ajuns la concluzia că acest model rezolvă paradoxul modelului tradiţional pentru că, spre deosebire de găurile negre, stelele îngheţate nu au nici singularitate şi nici un orizont al evenimentelor.

Autorii acestui studiu susţin că găurile negre sunt de fapt nişte obiecte cosmice foarte compacte ce sunt compuse din materia ultrarigidă ale cărei proprietăţi sunt inspirate din teoria stringurilor, principala candidată pentru o teoria a gravitaţiei cuantice, şi care nu se prăbuşesc în puncte de densitate infinită şi împiedică formarea orizontului evenimentelor.

"Am arătat cum se comportă stelele îngheţate ca nişte absorbanţi (aproape) perfecţi, deşi nu au un orizont şi acţionează ca surse de unde gravitaţionale", a mai susţinut Brustein, precizând că aceste obiecte pot absorbi aproape orice cade în ele, similar conceptului de gaură neagră. "Mai mult decât atât, (stelele îngheţate) au aceeaşi geometrie externă ca cea a modelului convenţional al găurilor negre şi reproduc proprietăţile lor termodinamice convenţionale".

Testarea ipotezei stelelor îngheţate

Modelul stelelor îngheţate prezintă o soluţie potenţială la paradoxul informaţiei asociat modelului tradiţional al găurilor negre, dar această soluţie trebuie testată experimental.

Spre deosebire de găurile negre convenţionale, stelele îngheţate ar trebui să aibă o structură internă, deşi una cu proprietăţi bizare, dictată de gravitaţia cuantică. Această structură internă ar trebui să poată fi observată în studierea unor fenomene precum undele gravitaţionale - valuri în ţesătura spaţiu-timp - produse atunci când două corpuri extrem de masive (fie că le spunem găuri negre sau stele îngheţate) se ciocnesc şi fuzionează.

"Atunci diferenţele (dintre cele două modele) sunt cel mai accentuate", a explicat Brustein.

Echipa de fizicieni trebuie să teoretizeze modul în care ar arăta structura internă a unei stele îngheţate şi care ar fi diferenţele faţă de alte obiecte cosmice extreme, aşa cum sunt stelele neutronice. Apoi, vor trebui analizate datele obţinute de la observatoarele de unde gravitaţionale, pentru că aceste unde ar trebui (în virtutea conservării informaţiei) să transporte date despre structura internă a acestor obiecte ultracompacte.

"Descoperirea oricăreia dintre predicţiile formulate de modelul stelelor îngheţate va avea un impact revoluţionar asupra fizicii", a mai susţinut Ramy Brustein. AGERPRES/(AS - editor: Codruţ Bălu, editor online: Simona Aruştei)