GAURA ALBĂ: ISTORIE, TEORIE ȘI MODUL ÎN CARE SE FORMEAZĂ - FIZIC - 2025

Gaura alba este o singularitate de spațiu - timp, aparținând soluțiilor exacte ale ecuațiilor relativității generale. Aceste singularități au ceea ce se numește orizont de eveniment. Aceasta înseamnă prezența unei bariere, care într-o gaură albă nu poate pătrunde nimic din exterior. Teoretic, o gaură albă este o singularitate care trece în trecut.

În momentul de față, nimeni nu a putut observa. Dar este posibil să ne datăm existența celor mai speciale dintre toate: Big Bang-ul de acum 13,8 miliarde de ani poate fi considerat ca un eveniment cauzat de o gaură albă super-masivă.

O masă mare ca o planetă poate distruge spațiul-timp. Sursa: Mysid

Teoria relativității generale consideră că spațiul-timp poate fi deformat prin efectul accelerației sau prin prezența unor obiecte masive. Aceeași teorie a prezis existența găurilor negre, dintre care găurile albe ar fi contrapartida. Prin urmare, existența acestora este considerată la fel de posibilă.

Acum, pentru a forma singularitatea spațiu-timp este necesar un mecanism fizic. În cazul găurilor negre, se știe că cauza este prăbușirea gravitațională a unei stele supermasive.

Dar mecanismul fizic care ar putea forma o singularitate asemănătoare unei găuri albe nu este încă cunoscut. Cu toate că candidații au apărut cu siguranță pentru a explica posibila lor pregătire, așa cum se va vedea în scurt timp.

Diferențele dintre găurile negre și cele albe

Multe dintre găurile negre cunoscute sunt rămășița unei stele supergigante care a suferit o prăbușire internă.

Când se întâmplă acest lucru, forțele gravitaționale cresc într-o asemenea măsură încât nimic care nu se apropie nu va putea scăpa de influența sa, nici măcar de lumină.

De aceea, găurile negre sunt capabile să înghită tot ceea ce cade în ele. Dimpotrivă, nimic nu putea intra într-o gaură albă, totul ar fi respins sau respins din ea.

Există un astfel de obiect posibil? La urma urmei, găurile negre au rămas mult timp ca o soluție matematică la ecuațiile de câmp ale lui Einstein, până când au fost detectate datorită efectelor gravitaționale și radiaționale pe care le provoacă în mediul lor și au fost fotografiate recent.

În schimb, găurile albe sunt încă ascunse cosmologilor, dacă există cu adevărat.

Istoria descoperirii sale

Teoria existenței găurilor albe a pornit de la lucrările lui Karl Schwarzschild (1873-1916), fizician german și primul care a găsit o soluție exactă la ecuațiile relativiste ale câmpului Albert Einstein.

Pentru a face acest lucru, el a dezvoltat un model cu simetrie sferică ale cărui soluții au singularități, care sunt tocmai găuri negre și omologii lor albi.

Opera lui Schwarzschild nu a fost tocmai populară, probabil că a fost publicată în timpul Primului Război Mondial. Doi câțiva ani au necesitat doi fizicieni să o ia independent în anii '60.

În 1965, matematicienii Igor Novikov și Yuval Ne'eman au analizat soluțiile Schwarzschild, folosind însă un sistem de coordonate diferit.

La acea vreme termenul de gaură albă nu fusese încă inventat. De fapt, ei erau cunoscuți ca „nuclei rămași” și erau considerați instabili.

Cu toate acestea, fiind omologul găurilor negre, cercetătorii au încercat să găsească un obiect fizic a cărui natură să fie compatibilă cu cea prevăzută pentru găurile albe.

Cazare și găuri albe

Cercetătorii au crezut că au găsit-o în quasars, cele mai strălucitoare obiecte din Univers. Acestea emit un flux intens de radiații detectabile de radio-telescoape, la fel cum ar trebui o gaură albă.

Cu toate acestea, energia cvasarelor a fost dată în cele din urmă o explicație mai fezabilă, legată de găurile negre din centrul galaxiilor. Și astfel găurile albe au fost din nou ca niște entități matematice abstracte.

Deci, deși sunt cunoscuți, găurile albe au primit mult mai puțin atenție decât găurile negre. Acest lucru se datorează nu numai faptului că se crede că sunt instabile, ceea ce pune la îndoială existența lor reală, ci și pentru că nu există o ipoteză rezonabilă despre posibila lor origine.

În schimb, găurile negre apar din prăbușirea gravitațională a stelelor, un fenomen fizic bine documentat.

Posibilă descoperire a unei găuri albe

Cercetătorii sunt convinși că au detectat în cele din urmă o gaură albă într-un fenomen numit GRB 060614, care a avut loc în 2006. Acest fenomen a fost propus ca prima apariție documentată a unei găuri albe.

GRB 060614 a fost o explozie de raze gamma detectată de Swil Observatorul lui Neil Gehrels la 14 iunie 2006, cu proprietăți particulare. Acesta a contestat un consens științific menținut anterior cu privire la originile exploziilor cu raze gamma și găurile negre.

Big Bang-ul, care unii cred că a fost o gaură albă super-masivă, ar putea fi, la rândul său, rezultatul unei găuri negre supermasive, în centrul unei galaxii necunoscute situată în universul nostru părinte.

Una dintre dificultățile observării unei găuri albe este că toată materia este expulzată din ea într-un singur puls. Deci, gaura albă nu are continuitatea necesară pentru a fi observată, în timp ce găurile negre au suficientă persistență pentru a fi văzute.

Teorie

Einstein postulează că masa, timpul și lungimea depind în mare măsură de viteza cadrului de referință în care sunt măsurate.

În plus, timpul este considerat ca o altă variabilă, cu aceeași semnificație ca și variabilele spațiale. Astfel, despre spațiu-timp se vorbește despre o entitate în care au loc orice eveniment și toate evenimentele.

Materia interacționează cu țesătura spațiului-timp și o modifică. Einstein descrie cum se întâmplă acest lucru cu un set de 10 ecuații tensor, cunoscute sub numele de ecuații de câmp.

Câteva concepte importante în teoria relativității

Tensorii sunt entități matematice care permit ca variabila temporală să fie considerată la același nivel cu variabilele spațiale. Vectorii cunoscuți precum forța, viteza și accelerația fac parte din acest set extins de entități matematice.

Aspectul matematic al ecuațiilor lui Einstein implică, de asemenea, concepte precum metrica, care este distanța atât în ​​spațiu, cât și în timp, care separă două evenimente infinitesim apropiate.

Două puncte în spațiu sunt parte dintr-o curbă numită geodezică. Aceste puncte sunt unite la o distanță spațiu-timp. O astfel de reprezentare a timpului spațial este observată în figura următoare:

Forma conului este determinată de viteza luminii c, care este o constantă în toate cadrele de referință. Toate evenimentele trebuie să aibă loc în conuri. Dacă există evenimente în afara lor, nu există nici o modalitate de a ști, deoarece informațiile ar trebui să călătorească mai repede decât lumina pentru a fi percepute.

Ecuațiile de câmp ale lui Einstein admit o soluție cu două singularități într-o regiune goală (adică fără masă). Una dintre aceste singularități este o gaură neagră, iar cealaltă este o gaură albă. Pentru ambele există un orizont de eveniment, care este o graniță sferică a razei finite care înconjoară singularitatea.

În cazul găurilor negre, nimic, nici măcar lumină nu poate ieși din această regiune. Și în găurile albe, orizontul de eveniment este o barieră pe care nimic nu poate pătrunde din exterior. Soluția de gaură neagră în vid se află în conul de lumină al viitorului, în timp ce soluția cu gaură albă se află în regiunea trecută a conului de lumină.

Soluțiile ecuațiilor lui Einstein care includ o adevărată gaură neagră necesită prezența materiei, iar în acest caz soluția care conține gaura albă dispare. Prin urmare, se concluzionează că, ca soluție matematică, în teoria soluțiilor singulare fără materie, există găuri albe. Dar nu este cazul când materia este inclusă în ecuațiile lui Einstein.

Cum se formează o gaură albă?

În 2014, fizicianul teoretic Carlo Rovelli și echipa sa de la Universitatea Aix-Marseille din Franța au propus ca găurile albe să poată apărea de la moartea unei găuri negre.

Deja în anii ’70, expertul principal în găuri negre, Stephen Hawking, a calculat că o gaură neagră pierde masă prin emisia de radiații Hawking.

Calculele efectuate de Rovelli și echipa sa indică faptul că o astfel de contracție prin pierderea de radiații dintr-o gaură neagră ar putea, în stadiul său final, să producă un sar care creează o gaură albă.

Dar, calculele lui Rovelli indică, de asemenea, că în cazul unei găuri negre cu o masă egală cu cea a Soarelui, ar fi nevoie de aproximativ un sfert de ori de vârsta actuală a Universului pentru a forma o gaură albă.

Găuri albe și materie întunecată

La o secundă după Big Bang, fluctuațiile densității într-un Univers în expansiune rapidă au putut produce găuri negre primordiale (fără a fi nevoie de colaps stelar).

Aceste găuri negre primordiale sunt multe, multe mai mici decât cele de origine stelară și se pot evapora până când mor pentru a da loc unei găuri albe într-un timp inclus în viața Universului.

Găurile albe microscopice pot fi foarte masive. De exemplu, unul de mărimea unui bob de praf poate avea o masă mai mare decât Luna.

Echipa lui Rovelli sugerează chiar că aceste găuri albe microscopice pot explica materia întunecată, un alt dintre cele mai importante mistere cosmologice.

Găurile albe microscopice nu ar emite radiații; și, întrucât sunt mai mici decât o lungime de undă, se dovedesc invizibili. Acesta ar putea fi un alt motiv care ar explica de ce nu au fost încă depistați.

Referințe

1. Battersby, S. 2010. Gaurile negre eterne sunt sigurul cosmic final. Recuperat de la: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Găurile albe pot fi ingredientul secret în materia misterioasă a întunericului. Recuperat din: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Ce sunt găurile albe ?. Recuperat de la: phys.org.
4. Stăpâni, Karen. 2015. Ce este o gaură albă ?. Recuperat din curios.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Gaura albă. Recuperat de la: wikiwand.com