Niewytłumaczalne promieniowanie

Uczeni z Instytutu Fizyki w Opawie prowadzą w ostatních latach badania nad wahaniami promieniowania rentgenowskiego w okolicach czarnych dziur, które pomogły m.in. określić masę jednej z supermasywnych dziur. Dokładna analiza tego promieniowania pozwala zauważyć, że przy największych spośród zaobserwowanych objektów wahania częstotliwości promieniowania wyraźnie różnią się od tego, co naukowcy przewidują na podstawie modeli opartych o podobny typ wahań przy czarnych dziurach powstałych z wielkich gwiazd.

– Obserwujemy dwa rodzaje wahań, które objawiają się w dyskach materii wirujących dookoła czarnej dziury. Promieniowanie jest wydzielane z tzw. dysków akrecyjnych blisko horyzontu zdarzeń, czyli obszaru, skąd nie ma już powrotu. Interesujace, że do podwójnych wahań dochodzi na częstotliwościach, które są wobec w siebie w stosunku o wartości pełnej liczby, najczęściej 3:2 – opisuje niezwykłe cechy tego promieniowania Jaroslav Vrba z Instytutu Fizyki w Opawie, współautor jednej z prac naukowych. Dodaje, że tego typu promieniowanie nie jest niczym dziwnym przy małych czarnych dziurach, tzw. mikrokwazarach, ale przy tych większych nie zostało jeszcze dokładnie wytłumaczone. Poszukiwane są alternatywne typy obiektów, na które dałoby się aplikować model fizyczny oparty na ruchu promieniującej gorącej materii wokół czarnej dziury. Jednym z prawdopodobnych tłumaczeń jest występowanie tunelu czasoprzestrzennego.

Tunele czasoprzestrzenne bez materii egzotycznej?

Pojęcie „tunel czasoprzestrzenny“, po angielsku wormhole (‚dziura robaka‘), oznacza hipotetyczny skrót pomiędzy dwoma miejscami w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Po raz pierwszy zostało opisane przez Alberta Einsteina (1879–1955) i Nathana Rosena (1909–1995) w pracy naukowej z roku 1935. Fachowo nazywane jest więc „mostem Einsteina-Rosena“. Czy to jednak możliwe, by te póki co wyłącznie teoretycznie opisane skróty we wszechświecie bądź bramy do równoległych wszechświatów były rzeczywistymi obiektami kosmicznymi? Już jakiś czas temu uczeni z uniwersytetu w Opawie wpadli na to, jak można by je było optycznie odkryć, a nowo badane zagadkowe promieniowanie może być kolejną wskazówką do ich odnalezienia. We współpracy z zagranicznymi naukowcami z Rosji i Brazylii opawscy fizycy (Konoplya, Churilová, Stuchlík i Židenko) odkryli również, że do istnienia stabilnej czarnej dziury nie potrzeba żadnej egzotycznej, dotąd nieznanej materii.

– Przez wiele lat sądziliśmy, że do utrzymania stabilnego gardła czarnej dziury potrzeba materii egzotycznej, której cechy są w sprzeczności z naszym doświadczeniem – materii z repulsywną (odwrotną) grawitacją. Traktowaliśmy tunel czasoprzestrzenny jako efekt niezwykle silnych zjawisk grawitacyjnych opisywanych przez grawitację alternatywną. W nowszych pracach jednak bierzemy pod uwagę, że czarne dziury również mają ładunek elektryczny i pole magnetyczne. To właśnie dzięki włączeniu w wyliczenia silnego pola elektromagnetycznego możemy uznać istnienie stabilnych czarnych dziur, uwzględniając obecność tradycyjnyjnej formy materii w kosmosie – tej, z której składają się gwiazdy, planety, jak i my sami – tłumaczy profesor Zdeněk Stuchlík, współautor nowej pracy o tunelach czasoprzestrzennych. Dodaje, że nowe wyniki opierają się na rozwiązaniach znalezionych dzięki połączeniu równań Einsteina opisujących grawitację z równaniami pola elektromagnatycznego i naładowanych cząstek elementarnych, które sformułowali legendarni naukowcy Jamex Maxwell (1831–1879) oraz Paul Dirac (1902–1984).

Na skróty przez wszechświat czy do równoległego wszechświata?

Pojawia się oczywiście pytanie, co właściwie tunel czasoprzestrzenny łączy. Teoretycznie może to być nie tylko skrót pomiędzy dwoma odległymi miejsca w jednym wszechświecie, ale także łącznik między dwoma różnymi wszechświatami. – Jeżeli oprzemy się na czysto naukowym modelu, okaże się, że tunel może mieć tzw. symetryczną lub asymetryczną geometrię. W przypadku symetrycznej chodzi o połączenie między dwoma punktami w naszym wszechświecie. W tym drugim, ciekawszym, przypadku na końcu mostu może znajdować się równoległy wszechświat. Do tej pory sądziliśmy, że równoległych wszechświatów nie możemy z fizycznych powodów obserwować, ponieważ informacja z niego musiałaby  wędrować z prędkością wyższą niż światło, której, jak wiemy, nie da się osiągnąć. Modele, o których dyskutujemy, uwzględniające zarówno grawitację, jak i pole elektromagnetyczne, pokazują, że asymetryczna czarna dziura mogłaby stanowić pomost do kosmosu z innymi prawami fizyki, na przykład w rozumieniu teorii strun – tłumaczy Stuchlík. Dodaje jednak, że w takim równoległym wszechświecie nieznajdziemy naszego drugiego ja, które żyje innym życiem (zgodnie z teorią wieloświata), to zupełnie niezależny kosmos, tylko z trochę innymi cechami fizycznymi materii w porównaniu z naszym.

Nowe studium pozwala więc spekulować o powstaniu stabilnych tuneli czasoprzestrzennych z elementów, które we wszechświecie powszechnie występują. Czy można by taki tunel stworzyć również sztucznie, na przykład w laboratorium? – Niestety nie posiadamy na Ziemi dostatecznej ilości energii do stworzenia tunelu czasoprzestrzennego. Konstrukcja takich objektów wymaga energii występującej w środku galaktyki. Mówimy o energii około 100 miliardów większej niż ta, którą dysponuje nasze Słońce – podsumowuje Stuchlík.

autor: Tomáš Lanča