Μαύρες τρύπες: Πώς θα μπορούσαν να αποκαλύψουν μια κρυφή πέμπτη διάσταση στο Σύμπαν

Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες ενδέχεται να προσφέρουν στοιχεία για την ύπαρξη μιας πέμπτης διάστασης στο Σύμπαν, σύμφωνα με νέα θεωρητική μελέτη φυσικών, οι οποίοι εξετάζουν εάν αυτά τα ακραία κοσμικά αντικείμενα μπορούν να αποκαλύψουν πτυχές της πραγματικότητας που παραμένουν αόρατες για τον άνθρωπο.

Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review D και πραγματοποιήθηκε από ερευνητές του Lehman College στις ΗΠΑ, εξετάζει πώς θα συμπεριφέρονταν οι αρχέγονες μαύρες τρύπες εάν υπήρχε μια επιπλέον διάσταση πέρα από τις τέσσερις διαστάσεις του χωροχρόνου που γνωρίζουμε.

Στη φυσική, ο χωροχρόνος περιλαμβάνει τρεις χωρικές διαστάσεις —μήκος, πλάτος και ύψος— καθώς και τον χρόνο. Ορισμένες θεωρητικές προσεγγίσεις, ωστόσο, εξετάζουν το ενδεχόμενο να υπάρχει μία ακόμη διάσταση, η οποία δεν είναι άμεσα αντιληπτή από τις αισθήσεις μας.

Η θεωρία της «σκοτεινής διάστασης»

Για να περιγράψουν την ιδέα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το παράδειγμα ενός κόσμου που περιορίζεται σε μια επίπεδη επιφάνεια. Οι κάτοικοί του θα μπορούσαν να αντιλαμβάνονται μόνο δύο χωρικές διαστάσεις, χωρίς να έχουν άμεση πρόσβαση σε μια τρίτη.

Αντίστοιχα, σύμφωνα με ορισμένα θεωρητικά μοντέλα, το δικό μας Σύμπαν θα μπορούσε να αποτελεί μια τετραδιάστατη «μεμβράνη» ενσωματωμένη σε ένα ευρύτερο περιβάλλον πέντε διαστάσεων, το οποίο αποκαλείται «όγκος».

Η επιπλέον διάσταση θα μπορούσε, σύμφωνα με αυτές τις προσεγγίσεις, να είναι εξαιρετικά μικρή. Σε ορισμένα μοντέλα, το μέγεθός της εξετάζεται στην κλίμακα του ενός μικρομέτρου.

Μέχρι σήμερα, πάντως, δεν υπάρχουν άμεσες παρατηρησιακές αποδείξεις ότι υφίσταται μια τέτοια διάσταση. Η ιδέα παραμένει αντικείμενο θεωρητικής έρευνας.

Τι ρόλο παίζουν οι αρχέγονες μαύρες τρύπες

Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες μαύρες τρύπες, οι οποίες σχηματίζονται από την κατάρρευση μεγάλων άστρων, οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θεωρείται ότι θα μπορούσαν να έχουν δημιουργηθεί λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, από περιοχές εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας στο πρώιμο Σύμπαν.

Η ύπαρξή τους δεν έχει επιβεβαιωθεί άμεσα, ωστόσο έχουν προταθεί ως ένας πιθανός τρόπος για να εξηγηθεί μέρος της σκοτεινής ύλης, της αόρατης συνιστώσας που εκτιμάται ότι αντιστοιχεί περίπου στο 27% του συνολικού ενεργειακού περιεχομένου του Σύμπαντος.

Οι ερευνητές εξέτασαν δύο πιθανούς μηχανισμούς δημιουργίας τους, προκειμένου να διαπιστώσουν εάν οι μαύρες τρύπες θα είχαν τετραδιάστατη ή πενταδιάστατη μορφή.

Στο πρώτο σενάριο, οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται από υπέρπυκνες περιοχές ύλης που καταρρέουν λόγω της βαρύτητάς τους.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της μελέτης, σε ένα μοντέλο με επιπλέον διάσταση θα μπορούσαν αρχικά να εμφανιστούν ως τετραδιάστατα αντικείμενα, αλλά η διαμόρφωσή τους θα γινόταν ασταθής και θα μεταβαλλόταν σε πενταδιάστατη.

Το δεύτερο σενάριο αφορά τις λεγόμενες κοσμικές χορδές.

Πρόκειται για υποθετικές δομές, εξαιρετικά μικρού πάχους, που θα μπορούσαν να έχουν δημιουργηθεί κατά τις πρώτες φάσεις εξέλιξης του Σύμπαντος, καθώς αυτό ψυχόταν και άλλαζε κατάσταση.

Εάν σχηματίζονταν βρόχοι τέτοιων χορδών και κατέρρεαν, θα μπορούσαν, σύμφωνα με το συγκεκριμένο θεωρητικό μοντέλο, να δημιουργήσουν αρχέγονες μαύρες τρύπες. Σε αυτή την περίπτωση, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι τα αντικείμενα θα ήταν πενταδιάστατα από την αρχή.

Η διάρκεια ζωής τους και το ενεργητικό σωματίδιο του 2023

Η πιθανή ύπαρξη μιας επιπλέον διάστασης θα μπορούσε να επηρεάζει και τον τρόπο με τον οποίο εξατμίζονται οι μαύρες τρύπες μέσω της εκπομπής ακτινοβολίας Hawking. Σύμφωνα με τη μελέτη, οι πενταδιάστατες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από αντίστοιχα τετραδιάστατα αντικείμενα.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ορισμένες αρχέγονες μαύρες τρύπες που θα σχηματίζονταν από κοσμικές χορδές θα μπορούσαν να επιβιώσουν για χρονικό διάστημα συγκρίσιμο με την ηλικία του Σύμπαντος, η οποία υπολογίζεται σε περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η υπόθεση συνδέεται επίσης με την προσπάθεια εξήγησης ενός εξαιρετικά ενεργητικού σωματιδίου που καταγράφηκε το 2023 από τον ανιχνευτή KM3NeT, ο οποίος βρίσκεται βαθιά στη Μεσόγειο Θάλασσα.

Οι ερευνητές εξετάζουν το ενδεχόμενο η εξάτμιση μιας αρχέγονης μαύρης τρύπας να μπορούσε να αποτελέσει πιθανή πηγή ενός τέτοιου σωματιδίου.

Ωστόσο, η συγκεκριμένη σύνδεση παραμένει υποθετική και δεν έχει αποδειχθεί ότι το σωματίδιο προήλθε από μαύρη τρύπα.

Τα συμπεράσματα της μελέτης δεν αποτελούν απόδειξη για την ύπαρξη πέμπτης διάστασης ή αρχέγονων μαύρων τρυπών. Δείχνουν, όμως, πώς η μελέτη αυτών των υποθετικών αντικειμένων μπορεί να προσφέρει νέους τρόπους διερεύνησης της δομής του χωροχρόνου και των συνθηκών που επικρατούσαν στα πρώτα στάδια του Σύμπαντος.