Gwiazda Plancka w sercu czarnej dziury?

Czarne dziury są nadal tak samo tajemnicze jak przed laty, a rozwiązanie jednego dotyczący ich problemu rodzi kolejne pytania. Teraz jednak pojawiło się zgrabne, kwantowe wyjaśnienie, które przy tym jest bardzo zaskakujące - w centrum czarnej dziury znajdować się bowiem może nie tajemnicza osobliwość o nieskończonej gęstości materii lecz gwiazda nazwana już ze względu na swoje właściwości gwiazdą Plancka.

Do tej pory uważano, że powstanie czarnych dziur jest jednym ze scenariuszy śmierci gwiazd. Gdy odpowiednio masywnej gwieździe kończy się paliwo zaczyna ona zapadać się pod własnym ciężarem (w zjawisku zwanym kolapsem grawitacyjnym) i powstaje osobliwość - punkt przestrzeni gdzie gęstość materii jest nieskończona, a grawitacja jest tak silna, że nawet światło nie jest w stanie stamtąd uciec.

Osobliwość jednak od zawsze rodziła sporo problemów takich jak paradoks informacyjny czarnej dziury. Jest to problem pojawiający się po połączeniu ogólnej względności z mechaniką kwantową. Czarne dziury tracą masę emitując promieniowanie - tak zwane promieniowanie Hawkinga (co wyjaśnia inny problem - czemu czarne dziury nie zyskują masy bez końca), jednak stoi to w sprzeczności z mechaniką kwantową, gdyż promieniowanie to nie zawiera żadnej informacji, a zgodnie z podstawowymi prawami mechaniki kwantowej informacja nie może całkowicie zginąć.

Dwójka astrofizyków Carlo Rovelli z Uniwersytetu Toulon we Francji i Francesca Vidotto z Uniwersytetu Radboud w Holandii zaczęło ostatnio zastanawiać się co się dokładnie stanie podczas tzw. Wielkiego Kolapsu - czyli jednego z hipotetycznych końców Wszechświata gdy przestanie się on rozszerzać i zacznie grawitacyjnie się zapadać aż do stworzenia jednej osobliwości (która następnie miała ponownie eksplodować w Wielkim Wybuchu niejako "resetując" Wszechświat).

Tak przynajmniej mówiła starsza teoria, bo Rovelii i Vidotto odkryli, że kwantowe efekty grawitacyjne nie dopuszczą do takiej kompresji materii -  w skali Plancka pojawią się oddziaływania podobne do tych, które uniemożliwiają elektronowi wpadnięcie w jądro atomu. Ich zdaniem to samo może zachodzić w jądrach czarnych dziur, dlatego też znajdującą się tam potencjalnie gwiazdę nazwali oni gwiazdą Plancka.

Gwiazdy te mają być bardzo skompresowane - około 30 razy większe od długości Plancka (czyli najmniejszej długości mającej fizyczny sens) - i mają żyć niezwykle krótko - tyle ile potrzeba światłu aby przez nie przelecieć. Jednak ze względu na niezwykle silne oddziaływanie grawitacyjne czas dla nich zwalnia i dla zewnętrznego obserwatora żyją one dokładnie tyle ile otaczające ich czarne dziury.

Czarna dziura emitując promieniowanie Hawkinga zmniejsza się cały czas i w końcu dochodzi do momentu gdy jej granica spotyka się z gwiazdą Plancka i materia, a zatem kwantowe informacje zostają gwałtownie uwolnione - co rozwiązuje paradoks informacyjny.

Scenariusz taki potwierdzać ma fakt, że taka śmierć czarnej dziury doprowadziłaby do wygenerowania promieniowania gamma, który wszechświat jest wypełniony.

Źródło: