Apró csillagokat szülhetnek a fekete lyukak

Egy új elképzelés szerint a fekete lyukak mélyén mégsem a szingularitásig zuhan össze az anyag: az elképesztően apró, de mégis kiterjedt Planck-csillag a fekete lyuk elpárolgásakor ismét előbukkanhat.

Két kutató, Carlo Rovelli (University of Toulon, Franciaország) és Francesca Vidotto (Radboud University, Hollandia) állítása szerint minden fekete lyukban ott rejlik a szülőcsillag éteri kvantum-maradványa. Sőt, az a fekete lyukak elpárolgásával akár újra elő is bukkanhat. Rovelli és Vidotto Planck-csillagnak nevezte el ezeket az objektumokat. Létezésük egy régi asztrofizikai problémát oldhat fel, mit több, akár már a mai eszközeinkkel is keresni lehet a nyomaikat a csillagok között.

Régóta úgy tartjuk, hogy a legnagyobb óriáscsillagok pusztulásakor az égitestek magjának összezuhanását semmilyen ismert fizikai erő nem képes megállítani: a csillag helyén egy fekete lyuk jön létre. A mag anyaga egy végtelenül sűrű, pontszerű szingularitásba omlik össze. Ez a leírás azonban sosem volt teljesen kielégítő. Egyrészt a szingularitáson a mai fizikai tudásunkkal nem lehet fogást találni. Másrészt, és ez talán még bosszantóbb, a fekete lyukak képesek elpárologni és végül eltűnni – csakhogy ekkor fellép az információ-paradoxon. Az információ, ami leír egy objektumot, legalább elméleti szinten meghatározhatóvá kell hogy tegye annak jövőjét, és visszakövethetővé a múltját. De mi lesz információtartalommal, amikor a fekete lyuk végül teljesen elpárolog?

Rovelli és Vidotto a teljes univerzum egyik lehetséges sorsát leíró "Nagy Reccs" elképzelés vizsgálatából indultak ki. Ha az univerzum elég sűrű lenne, vagy elég lassan tágulna, egy idő után összehúzódhatna, mintegy visszafelé lejátszva az ősrobbanást. A fő következtetésük, hogy a totális összehúzódást a kvantumgravitációs hatások megállítják: az összehúzódó világegyetem visszapattan, amikor az anyag energiasűrűsége eléri a Planck-sűrűséget, a legnagyobb sűrűséget, ami a kvantummechanika törvényei miatt fizikailag még értelmezhető. Ez igen jelentős felfedezés, ugyanis a kritikus sűrűség elérésekor a világegyetem még nem húzódik össze a legkisebb értelmezhető méretre, a Planck-térfogatba. A kvantum-gravitáció már akkor megállítja az összezuhanást, amikor az univerzum még vagy 75 nagyságrenddel nagyobb, mint a Planck-térfogat.

Ez a gondolatmenet egyetlen fekete lyukra is alkalmazható. Az anyag összezuhanása a szingularitás elérése előtt megáll, némileg hasonlóan ahhoz, ahogy egy kisebb égitest összezuhanását a neutronok egymás elleni nyomása megállítja, és neutroncsillag lesz belőle. Persze a Planck-csillagok így is nagyon kicsik lennének, pikométeres (10^-12m) méretű objektumok az eseményhorizonton belül, olyan kicsik, mint egy gamma-foton hullámhossza. De ez még mindig vagy 30 nagyságrenddel van a Plank-hossz felett.

A szerzők szerint ezek az égitestek az univerzum szempontjából viszonylag stabilak is lennének. Maguk a Planck-csillagok nagyon instabilak, szétbomlanak annyi idő alatt, amennyi alatt egy fénysugár áthalad rajtuk. De egy külső szemlélő számára a Planck-csillag majdnem annyi ideig létezik, mint maga a fekete lyuk, ugyanis az extrém gravitáció miatt az odabent folyó idő hihetetlen mértékben lelassul. A hosszan fennmaradó Planck-csillag pedig végül kibukkanhat a párolgó fekete lyuk egyre jobban összehúzódó eseményhorizontja mögül. Ezzel pedig a benne rejlő információ egy csapásra ismét hozzáférhetővé válik a teljes Univerzum számára: volt-nincs információ-paradoxon.

A legérdekesebb, hogy egy kicsi, primordiális fekete lyuk esetén az elpárolgás ideje az univerzum mai korának felel meg, a kiszabaduló információ pedig gamma-fotonok formájában távozna. Gamma-sugárzást számos űrbéli obszervatóriumunk figyel meg, évtizedek óta. Vagyis a Planck-csillagok létének igazolása csak a modellek pontosságán, a mérések érzékenységén, és az adatokat átvizsgáló kutatók türelmén fog múlni.

Az eredményeket bemutató szakcikket 2014 február 8-án töltötték fel az arXiv.org preprint gyűjteményébe.