Παγωμένα αστέρια ή οι μαύρες τρύπες μπορεί να μην είναι τελικά απύθμενοι λάκκοι 

Από σελίδα του Scientific American, Ιούλιος 2003

Οι μαύρες τρύπες θεωρούνται άστρα καταρρέοντα από την βαρύτητα, τα οποία καθώς έλκουν εντός αυτών τη συνηθισμένη ύλη, παράγουν εκλάμψεις ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας. Μπορούν να προκαλέσουν εξαιρετικά βίαια αστρικά φαινόμενα, που κανένα άλλο αντικείμενο δεν μπορεί. Είναι τόσο ακραία αντικείμενα σε συμπεριφορά, που κανείς δεν καταλαβαίνει τι ακριβώς συμβαίνει εκεί. 

Οι περισσότεροι ερευνητές τις αντιμετωπίζουν ως μικροσκοπικές χωροχρονικές στρεβλώσεις, απομεινάρια άστρων που έχουν συνθλιβεί από την βαρύτητά τους. Τα τελευταία χρόνια όμως, ένας αριθμός "αιρετικών" επιστημόνων έχει προτείνει ότι οι μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα εκτεταμένα αντικείμενα, που αποτελούνται από μια εξωτική κατάσταση της ύλης, η οποία συμπυκνώνεται όπως το νερό που μετατρέπεται σε πάγο, κατά τη φάση της συρρίκνωσης του άστρου. Η ιδέα αυτή προσφέρει μια πρόκληση για τον τρόπο που σκεφτόμαστε για την κβαντική βαρύτητα. Η κβαντική βαρύτητα είναι η θεωρία που φιλοδοξεί να ενοποιήσει την γενική σχετικότητα του Einstein με την κβαντομηχανική.

Στις εικόνες των βιβλίων για τις μαύρες τρύπες, βλέπουμε γύρω τους τον ορίζοντα γεγονότων. Ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι μια φυσική επιφάνεια, αλλά μια υποθετική. Αν και αυτή σημαδεύει το όριο από το οποίο δεν υπάρχει επιστροφή για την ύλη που έλκεται προς την ανωμαλία στο κέντρο της τρύπας. Η σχετικότητα μας λέει ότι τίποτα το ιδιαίτερο δεν συμβαίνει εκεί. Οι νόμοι της φυσικής στον ορίζοντα είναι οι ίδιοι όπως και σε κάθε άλλο σημείο. Για την κβαντομηχανική όμως ο ορίζοντας γεγονότων εμφανίζει μεγάλη παραδοξότητα. Επιτρέπει στην πληροφορία να χάνεται από τον κόσμο μας, πράγμα που απαγορεύεται στην κβαντομηχανική. "Όσα μάθαμε στις σπουδές μας είναι σχεδόν λανθασμένα, γιατί ο χωροχρόνος μιας κλασσικής μαύρης τρύπας δεν είναι συνεπής με την κβαντομηχανική" λέει ο φυσικός George Chapline του εργαστηρίου Lawrence Livermore.  

Οι νέες απόψεις για τις μαύρες τρύπες εξαλείφουν την ανάγκη παραδοχής ορίζοντα γεγονότων. Η βασική ιδέα είναι πως εκεί υπάρχει πράγματι μια δύναμη που μπορεί να σταματάει την κατάρρευση όταν οι άλλοι φυσικοί παράγοντες αδυνατούν να την σταματήσουν. Η δύναμη αυτή είναι η ίδια η βαρύτητα. Μέσα σε ύλη, με ορισμένες ιδιότητες, η βαρύτητα από ελκτική δύναμη γίνεται απωστική δύναμη. Η ύλη μ' αυτές τις ιδιότητες είναι γνωστή ως σκοτεινή ενέργεια, και πιστεύουμε ότι είναι εκείνη που προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος. 

Τα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί  Pawel O. Mazur του πανεπιστημίου της  Νότιας Καρολίνας και Emil Mottola του εργαστηρίου Los Alamos, σκέφτηκαν ότι ένας θύλακας από την ύλη αυτή, μπορούσε να παγώσει όπως οι παγοκρύσταλλοι, κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης ενός αστέρα. Το αποτέλεσμα που το αποκάλεσαν gravastar, θα έμοιαζε σαν τηγανιτό παγωτό! Μια σταθεροποιημένη κρούστα από πυκνή αλλά συνηθισμένη ύλη,  και μέσα ένα περίεργο εσωτερικό. Η κρούστα αντιστοιχεί σ' αυτό που θεωρούμε ως ορίζοντα γεγονότων. 

Μια άλλη πρόταση, προχωρεί πιο μακριά. Εικάζει πως όχι μόνο εκεί παγώνει η σκοτεινή ενέργεια, αλλά καταρρέει και η ίδια η σχετικότητα. Η ιδέα προέρχεται από έναν υποψήφιο δρόμο για την κβαντική βαρύτητα. Οι υποστηρικτές του έχουν παρακινηθεί από την ομοιότητα μεταξύ των βασικών νόμων της φυσικής και την συμπεριφορά των υγρών και στερεών, (της συμπυκνωμένης ύλης δηλαδή.) Από πολλές απόψεις οι εξισώσεις της διάδοσης του ήχου μέσα σε ένα κινούμενο υγρό παρομοιάζονται με την παγίδευση του φωτός μέσα σε μια μαύρη τρύπα, όπως την προβλέπει η γενική σχετικότητα. Ίσως ο χωροχρόνος μοιάζει μ' ένα είδος ρευστού.  

Εκείνο που κάνει την προσέγγιση αυτή ενδιαφέρουσα είναι ότι η συμπεριφορά της συμπυκνωμένης ύλης είναι συλλογική. Οι λεπτομέρειες των μεμονωμένων μορίων δεν παίζουν ρόλο. Οι ιδιότητες του συστήματος απορρέουν από το σύνολο του ρευστού. Όταν το νερό παγώνει τα μεμονωμένα μόρια δεν αλλάζουν αλλά η συλλογική συμπεριφορά του αλλάζει, και οι νόμοι που χαρακτηρίζουν την υγρή φάση του νερού δεν εφαρμόζονται πια. Κάτω από ορισμένες συνθήκες ένα υγρό μπορεί να μετατραπεί σε υπερρευστό, το οποίο διέπεται από τους νόμους της κβαντομηχανικής ακόμα και σε μακροσκοπικό επίπεδο. Ο  Chapline, μαζί με τους φυσικούς Evan Hohlfeld, Robert B. Laughlin και David I. Santiago του πανεπιστημίου Stanford, πρότεινε πως μια όμοια διαδικασία συμβαίνει και στον ορίζοντα γεγονότων. Οι εξισώσεις της σχετικότητας αποτυγχάνουν και νέοι νόμοι εμφανίζονται. "Αν κανείς σκεφτεί τον χωροχρόνο  ως υπερρευστό τότε είναι πολύ λογικό ότι κάποια φυσική διαδικασία συμβαίνει στον  ορίζοντα γεγονότων. Με άλλα λόγια ο κλασσικός ορίζοντας γεγονότων αντικαθίσταται από μια κβαντική μεταβολή φάσης." λέει ο Chapline. 

Για την ώρα οι σκέψεις αυτές είναι μάλλον αποσπασματικές και οι κριτικοί τους δεν τις θεωρούν και τόσο εύλογες. "Για παράδειγμα δεν εξηγούν πως αλλάζει κατάσταση η ύλη ή ο χωροχρόνος κατά την κατάρρευση ενός άστρου;" αναρωτιέται ο φυσικός Scott A. Hughes του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης.

"Δεν βλέπω πως ένα άστρο μεγάλης μάζας, ένα αντικείμενο αποτελούμενο από συνηθισμένο ρευστό, με μάλλον απλές καταστατικές εξισώσεις πίεσης -πυκνότητας, μπορεί να κάνει μια μετάβαση σε κάτι τόσο παράξενο όσο το gravastar." Οι περισσότερο αποδεκτές προσεγγίσεις της κβαντικής βαρύτητας έχουν αναπτυχθεί πολύ περισσότερο. Η θεωρία χορδών για παράδειγμα, εμφανίζεται να εξηγεί τα παράδοξα των μαύρων τρυπών, χωρίς να εγκαταλείπει ούτε τον ορίζοντα γεγονότων ούτε τη σχετικότητα.  

Παρατηρησιακά, οι νέες ιδέες για τις μαύρες τρύπες, είναι δύσκολο αλλά όχι αδύνατον να διακριθούν από την κλασσική εικόνα. Τα κύματα βαρύτητας θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τη μορφή του χωροχρόνου γύρω από μια μαύρη τρύπα. Μια κλασσική τρύπα, επειδή είναι ένα απλό αντικείμενο χωρίς μια πραγματική επιφάνεια, έχει μόνο δύο δυνατά σχήμτα. Αν κάποιο από τα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων, που μπαίνουν τώρα σε λειτουργία, βρεί κάποιο άλλο σχήμα, τότε οι τρέχουσες θεωρίες της φυσικής θα αποτελέσουν ακόμα ένα αντικείμενο που οι μαύρες τρύπες κατάφεραν να το διαλύσουν!