Δακτύλιος γύρω από την μαύρη τρύπα

Από την ιστοσελίδα του Physical Review Focus, 5 Μαρτίου 2002

Χωρο-χρονική οπή που απορροφάει τα πάντα. Οι μαύρες τρύπες σε υψηλότερες διαστάσεις μπορούν να πάρουν μια μορφή δακτυλίων.

Στην έκδοση της 11ης Μαρτίου του PRL, ερευνητές προτείνουν ότι στον χωρόχρονο πέντε διαστάσεων, μπορεί να βρεθεί ένας περιστρεφόμενος, σε σχήμα ενός ντόνατς, "μαύρος δακτύλιος" -- το πρώτο παράδειγμα μιας μη σφαιρικής μαύρης τρύπας.

Εάν ζούμε σε έναν κόσμο με επιπλέον, κρυμμένες διαστάσεις -- όπως πολλοί θεωρητικοί των χορδών  σκέπτονται -- αυτοί οι δακτύλιοι μπορούν ακόμη και να δημιουργηθούν στη Γενεύη, στο CERN, τον μεγαλύτερο επιταχυντή του κόσμου, που τώρα βρίσκεται υπό κατασκευή. Οι μαύρες τρύπες έχουν αποδειχθεί βασικές στο παρελθόν για τον έλεγχο και τη βελτίωση των θεωριών με περισσότερες διαστάσεις, και αυτή η ανακάλυψη ενισχύει την περίπτωση ότι αυτά τα αντικείμενα υπακούουν σε διαφορετικούς κανόνες όταν ξεφεύγουν από τις τέσσερις διαστάσεις που τις περιορίζουν.

Οι φυσικοί πηγαίνουν σε υψηλότερες διαστάσεις για έναν λόγο: τη θεωρία των χορδών. Αυτή η πρόταση για την ενοποίηση όλων των δυνάμεων της φύσης, υπαγορεύει ότι τα σωμάτια είναι μονοδιάστατες χορδές που δονούνται σε ένα χωρόχρονο 10 ή 11 διαστάσεων. Όλες εκτός από τέσσερις από αυτές τις διαστάσεις (τρεις του χώρου και μία του χρόνου) θα ήταν πάρα πολύ μικρές για μας για να τις αντιληφθούμε άμεσα. Στα μέσα όμως της δεκαετία του '90, οι θεωρητικοί σημείωσαν πολλή πρόοδο, τραβώντας έτσι τις χορδές από το κανονικό πλαίσιό τους και τις παγίδευσαν στις μαύρες τρύπες σε πέντε μεγάλες διαστάσεις. Ειδικότερα, οι ερευνητές ήταν σε θέση να υπολογίσουν ακριβώς την εντροπία μερικών από αυτά τα σύνολα και επέκτειναν τελικά αυτά τα αποτελέσματα  επίσης στις τέσσερις διαστάσεις.

Οι θεωρητικοί των χορδών έχουν τώρα ένα νέο είδος μαύρης τρύπας προς μελέτη. Τα θεωρήματα από τη δεκαετία του '70 απέδειξαν ότι μόνο οι τετραδιάστατες μαύρες τρύπες μπορούν να υιοθετήσουν μια σφαιρική μορφή και καθορίζονται μονομερώς από τη μάζα και τη στροφορμή τους. Μέχρι πρόσφατα,  οι πιό πολλοί υπέθεταν ότι αυτά τα αποτελέσματα θα ίσχυαν επίσης και σε υψηλότερες διαστάσεις. Πέρυσι, ο Roberto Emparan του Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) στη Γενεύη και ο Harvey Reall τoυ Queen Mary College στο Λονδίνο  βρήκαν μια λύση, που δίνει σχήμα δακτυλίου στις μαύρες τρύπες, στις εξισώσεις του Einstein για πέντε διαστάσεις. Αλλά αυτό ο στατικός μαύρος δακτύλιος θα χρειαζόταν έναν δίσκο εξωτικής ύλης μέσα σε αυτό, για να αποφύγει την κατάρρευση. Τώρα αυτοί οι ίδιοι έχουν διαπιστώσει ότι η φυγοκεντρική δύναμη ενός περιστρεφόμενου δακτυλίου ισορροπεί την έλξη της βαρύτητας. Οι συντάκτες του εγγράφου, σκέπτονται ότι μια σφαιρική μαύρη τρύπα σε πέντε διαστάσεις μπορεί να μορφοποιηθεί σε ένα μαύρο δακτύλιο εάν περιστρέφεται αρκετά γρήγορα.

Αντίθετα με τα τετραδιάστατα θεωρήματα, που υπάρχει ένα εύρος της μάζας και του spin, στο οποίο κάθε σχήμα μπορεί να υπάρξει, σε πέντε διαστάσεις όμως οι παραπάνω ιδιότητες δεν καθορίζουν μονομερώς τη μορφή των μαύρων τρυπών. Δεν είναι ακόμα σαφές εάν τα μαύρα δαχτυλίδια θα αποδειχθούν απολύτως σταθερά, αναγνωρίζει ο Reall. Αλλά εάν είναι σταθερά, και εάν ορισμένα σενάρια των "μεγάλων πρόσθετων διαστάσεων" είναι σωστά, αυτά τα αντικείμενα θα μπορούσαν να δημιουργηθούν στις πιό ενεργητικές συγκρούσεις στο καινούργιο μεγάλο συγκρουστή στο CERN, στον Hadron Collider, που βρίσκεται υπό κατασκευή στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών, συνεχίζει ο Reall.

"Αυτή η λύση του μαύρου δακτυλίου είναι μια αξιοπρόσεκτη ανακάλυψη," λέει ο Simon Ross του Πανεπιστημίου Durham στην Αγγλία. "Αυτό θεωρήθηκε ευρύτατα ως ένα σχετικά κλειστό πεδίο, όπου οι ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις είχαν ήδη γίνει."

Ο Gary Horowitz του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στην Santa Barbara συμφωνεί και υποψιάζεται ότι οι παχύτεροι δακτύλιοι μπορεί να αποδειχθούν σταθεροί. Όσον αφορά στο μέλλον, λέει, "αυτό το αποτέλεσμα ανοίγει τη δυνατότητα, να υπάρχουν πολλές νέες ιδιότητες των μαύρων τρυπών στις υψηλότερες διαστάσεις."