مرگ سیاهچالهها ممکن است متفاوت‌تر از آنچه که فکر می‌کردیم، باشد
تحقیقات جدید نشأت گرفته از نظریه ریسمان، سرنوشت‌های ممکن و به همان اندازه عجیب را برای مرگ سیاهچالهها پیشنهاد می‌دهد.
به گزارش علمی‌ها و به نقل از Space، از زمانی که استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) کشف کرد که سیاهچالهها تبخیر می‌شوند، می‌دانیم که آنها می‌توانند به طور بالقوه از جهان ما ناپدید شوند. اما درک ما از گرانش و مکانیک کوانتومی برای توصیف آخرین لحظات زندگی یک سیاهچاله به اندازه کافی قدرتمند نیست.
اما اکنون، تحقیقات جدید نشأت گرفته از نظریه ریسمان، سرنوشت‌های ممکن و به همان اندازه عجیب را برای تبخیر سیاهچالهها نشان می‌دهد: یک قطعه باقی‌مانده که در اصل می‌توانیم به آن دسترسی داشته باشیم، یا یک تکینگی که افق رویدادی آن را پوشش نمی‌دهد. با هر ذره‌ای از انرژی که فرار می‌کند، سیاهچاله جرم خود را از دست داده و در نتیجه منقبض شده و در نهایت به طور کلی از وجود تهی می‌شود.
بیشتر بخوانید: سیاهچاله چیست و چه چیزی در درون آن وجود دارد؟
اهمیت تابش هاوکینگ
سیاهچالهها، به طور دقیق کاملا سیاه نیستند. در نسبیت عام انیشتین، بدون هیچ گونه تغییر یا ملاحظاتی در فیزیک دیگر، آنها تا ابد سیاه می‌مانند. هنگامی که یکی از آنها شکل می‌گیرد، فقط در آنجا مانده و برای همیشه یک سیاهچاله خواهد بود. اما در دهه ۱۹۷۰، هاوکینگ از زبان مکانیک کوانتومی برای کشف آنچه در نزدیکی مرز یک سیاهچاله، معروف به افق رویداد اتفاق می‌افتد، استفاده کرد.
او دریافت که به طور شگفت انگیزی، یک برهمکنش عجیب بین میدان‌های کوانتومی جهان ما و گذرگاه یک طرفه افق رویداد، مسیری را برای فرار انرژی از سیاهچاله ایجاد می‌کند. این انرژی به شکل جریانی آهسته اما پیوسته از تابش و ذراتی است که به تابش هاوکینگ (Hawking radiation) معروف شد.
پیدایش تابش هاوکینگ چیزی را ایجاد کرد که به عنوان پارادوکس اطلاعات سیاهچاله شناخته می‌شود. تمام اطلاعاتی که، موادی را که در یک سیاهچاله سقوط می‌کنند را توصیف می‌کند با عبور از افق رویداد دیگر هرگز مشاهده نمی‌شوند. اما خود تابش هاوکینگ هیچ اطلاعاتی را با خود حمل نمی‌کند، با این حال سیاهچاله در نهایت ناپدید می‌شود. پس این همه اطلاعات کجا رفتند؟ این مسئله به پارداوکس اطلاعات سیاهچاله معروف است بر اساس این پارادوکس، اطلاعات فیزیکی می‌تواند در یک سیاهچاله برای همیشه ناپدید گردد که به معنای کاهش یافتن تعداد زیادی از حالت‌های فیزیکی به یک حالت است (از دست رفتن اطلاعات).
بیشتر بخوانید: ۱۰ واقعیت عجیب درباره سیاهچالهها که اخیرا کشف شده است
فراتر رفتن از انیشتین
پارادوکس اطلاعات سیاهچاله یک علامت بزرگ برای فیزیکدانان است که نشان می‌دهد ما چیزی را درک نمی‌کنیم. ممکن است ماهیت اطلاعات کوانتومی، ماهیت گرانش یا ماهیت افق رویداد یا هر سه مورد را درک نکنیم. ساده ترین رویکرد برای حل پارادوکس اطلاعات سیاهچاله، توسعه یک نظریه جدید گرانشی است که فراتر از نظریه نسبیت عام اینشتین می‌باشد.
از این گذشته، ما از قبل می‌دانیم که نسبیت عام در مراکز سیاهچالهها شکسته می‌شود، این مراکز سوراخ‌های کوچکی در فضا-زمان هستند که به عنوان تکینگی شناخته شده و در آن چگالی تا بی‌نهایت می‌رود. تنها روش برای توصیف صحیح تکینگی، از طریق یک نظریه گرانش کوانتومی است که به درستی پیش بینی می‌کند که گرانش قوی چگونه در مقیاس‌های بسیار کوچک رفتار می‌کند.
متأسفانه، ما در حال حاضر فاقد چنین نظریه گرانش کوانتومی هستیم. پس شاید بهتر باشد که مستقیماً به تکینگی‌ها نگاه کنیم، اما تا آنجا که از طریق نسبیت عام فهمیده‌ایم، همه تکینگی‌ها در پشت افق رویداد واقع شده‌اند که این مسئله آنها را برای ما غیرقابل دسترس می‌کند.
اما با مطالعه فرآیند تابش هاوکینگ، ممکن است بتوانیم میانبری برای نزدیک شدن به تکینگی و درک فیزیک دیوانه‌واری که در آنجا اتفاق می‌افتد پیدا کنیم. همانطور که سیاهچالهها تبخیر می‌شوند، کوچکتر و کوچکتر شده و افق رویداد آنها به طرز ناراحت کننده‌ای به تکینگی مرکزی نزدیک می‌شود. در لحظات پایانی زندگی سیاهچالهها، گرانش آنها بیش از حد قوی شده و آنها بسیار کوچک می‌شوند بنابراین ما نمی‌توانیم آنها را با دانش فعلی خود به درستی توصیف کنیم. پس اگر بتوانیم نظریه گرانش بهتری ایجاد کنیم، می‌توانیم از لحظات پایانی تابش هاوکینگ برای آزمایش نحوه رفتار این نظریه استفاده کنیم.
نامزدهای زیادی برای نظریه گرانش کوانتومی وجود دارد که نظریه ریسمان ، توسعه یافته‌ترین آنهاست (تماشا کنید: نظریه ریسمان چیست؟). اگرچه هیچ راه‌حل شناخته‌شده‌ای برای نظریه ریسمان وجود ندارد، اما می‌توان آنچه را که در مورد ویژگی‌های کلی این نظریه می‌دانیم در نظر گرفت و از آنها برای ساختن نسخه‌های اصلاح‌شده نسبیت عام استفاده کرد.
بیشتر بخوانید: در صورت سقوط به یک سیاهچاله چه اتفاقی برایتان خواهد افتاد؟
تکینگی برهنه
این نظریه‌های اصلاح‌شده جایگزین‌های صحیح کامل برای نسبیت عام نیستند، اما به ما اجازه می‌دهند تا بررسی کنیم که گرانش چگونه ممکن است با نزدیک و نزدیک‌تر شدن به حد کوانتومی رفتار کند. اخیراً، تیمی از نظریه‌پردازان از یکی از این نظریه‌ها به نام گرانش اینشتین-دیلاتون-گاوس-بونت (Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet gravity) برای بررسی وضعیت‌های پایانی سیاه‌چاله‌های در حال تبخیر استفاده کردند.
جزئیات نتایج این تیم کمی مبهم است. این امر به این دلیل است که نسبیت عام اصلاح شده به خوبی نسبیت عام معمولی درک نشده و حل ریاضیات پیچیده آن به تعداد زیادی تقریب و حدس و گمان نیاز دارد. با این حال، محققان توانستند تصویری کلی از آنچه که در حال وقوع است ترسیم کنند.
یکی از ویژگی‌های کلیدی گرانش اینشتین-دیلاتون-گاوس-بونت این است که سیاهچالهها دارای حداقل جرم هستند، بنابراین نظریه پردازان توانستند بررسی کنند که وقتی یک سیاهچاله در حال تبخیر شروع به رسیدن به حداقل جرم می‌کند چه اتفاقی می‌افتد.
در برخی موارد، بسته به ماهیت دقیق تئوری و تکامل سیاهچاله، فرآیند تبخیر یک قطعه میکروسکوپی برجای می‌گذارد. این قطعه فاقد افق رویداد است، بنابراین در اصل، شما می‌توانید سفینه فضایی خود را به سمت آن پرواز داده و آن را بردارید. در حالی که این قطعه بسیار عجیب و غریب خواهد بود، اما تمام اطلاعاتی را که در سیاهچاله اصلی افتاده را حفظ کرده و در نتیجه پارادوکس را حل می‌کند.
احتمال دیگر این است که سیاهچاله با رسیدن به حداقل جرم خود، افق رویداد را رها کرده اما همچنان تکینگی خود را حفظ کند. به نظر می‌رسد وجود این “تکینگی برهنه” (Naked singularity) در نسبیت عام ممنوع است، اما اگر وجود داشته باشد پنجره مستقیمی به قلمرو گرانش کوانتومی خواهد بود.
هنوز مشخص نیست که آیا گرانش انیشتین-دیلاتون-گاوس-بونت یک مسیر معتبر به گرانش کوانتومی را نشان می‌دهد یا خیر. اما نتایجی مانند این به فیزیکدانان کمک می‌کند تا یکی از پیچیده‌ترین سناریوهای جهان را روشن کرده و به طور بالقوه راهنمایی‌هایی در مورد چگونگی حل آن ارائه دهند.
.
بیشتر بخوانید: دنیا چگونه به پایان می‌رسد؟