Οι μαύρες τρύπες ως ανιχνευτές σωματιδίων

Η εύρεση νέων σωματιδίων απαιτεί συνήθως υψηλές ενέργειες – γι ‘αυτό έχουν κατασκευαστεί τεράστιοι επιταχυντές, οι οποίοι μπορούν να επιταχύνουν σωματίδια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Αλλά υπάρχουν και άλλοι δημιουργικοί τρόποι για την εξεύρεση νέων σωματιδίων: Στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης, οι φυσικοί παρουσίασαν μια μέθοδο για να αποδείξουν την ύπαρξη των υποθετικών «άξιον». Αυτά τα αξιόνια θα μπορούσαν να συσσωρευτούν γύρω από μια μαύρη τρύπα και να εξάγουν ενέργεια από αυτήν. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να εκπέμψει κύματα βαρύτητας, τα οποία θα μπορούσαν στη συνέχεια να μετρηθούν.

Μια μαύρη τρύπα περιβάλλεται από αξιόνια

Τα αξιόνια είναι υποθετικά σωματίδια με πολύ μικρή μάζα. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, η μάζα έχει άμεση σχέση με την ενέργεια, και ως εκ τούτου απαιτείται πολύ λίγη ενέργεια για την παραγωγή του άξιον. «Η ύπαρξη του άξιον δεν έχει αποδειχθεί, αλλά θεωρείται πολύ πιθανή», λέει ο Daniel Grumiller. Μαζί με την Gabriela Mocanu από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης (Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής), πιστεύει πως τα αξιόνια μπορούν να ανιχνευθούν.

Αστρονομικά μεγάλα σωματίδια

Στην κβαντική φυσική, κάθε σωματίδιο περιγράφεται ως ένα κύμα. Το μήκος κύματος αντιστοιχεί στην ενέργεια του σωματιδίου. Τα βαριά σωματίδια έχουν μικρό μήκος κύματος, αλλά τα χαμηλής ενέργειας αξιόνια μπορούν να έχουν μήκος κύματος πολλών χιλιομέτρων. Τα αποτελέσματα των Grumiller και Mocanu, βασισμένα στα έργα της Ασημίνας Αρβανιτάκη (συνεργάτιδα του Σάββα Δημόπουλου) και Sergei Dubovsky (ΗΠΑ / Ρωσία), δείχνουν ότι τα αξιόνια μπορούν να περιβάλουν μια μαύρη τρύπα, όπως τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Αντί να έχουμε την ηλεκτρομαγνητική δύναμης, η οποία συνδέει τα ηλεκτρόνια και τον πυρήνα, εδώ είναι η βαρυτική δύναμη που δρα μεταξύ των αξιονίων και της μαύρης τρύπας.

Νέφος μποζονίων

Ωστόσο, υπάρχει μια πολύ σημαντική διαφορά μεταξύ των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο και τα αξιόνια γύρω από μια μαύρη τρύπα: Τα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια – που σημαίνει ότι δύο από αυτά δεν μπορεί ποτέ να βρίσκονται στην ίδια κατάσταση. Τα αξιόνια από την άλλη πλευρά είναι μποζόνια, κι έτσι πολλά από αυτά μπορεί να καταλάβουν την ίδια κβαντική κατάσταση στον ίδιο χρόνο. Μπορούν να δημιουργήσουν ένα "νέφος μποζονίων” γύρω από τη μαύρη τρύπα. Αυτό το νέφος απορροφά συνεχώς ενέργεια από τη μαύρη τρύπα και ο αριθμός των αξιονίων στο νέφος αυξάνεται.

Ξαφνική κατάρρευση

Ένα τέτοιο σύννεφο δεν είναι κατ ‘ανάγκη σταθερό. "Ακριβώς όπως ένας χαλαρός σωρός από άμμο, που μπορεί ξαφνικά να γλιστρήσει προς τα κάτω, ακόμα κι αν φταίει ένας μόνος επιπλέον κόκκος άμμου, αυτό λοιπόν το νέφος των μποζονίων μπορεί να καταρρεύσει ξαφνικά”, λέει ο Daniel Grumiller. Το συναρπαστικό γεγονός για μια τέτοια κατάρρευση είναι ότι αυτό το «bose-nova" (ανάλογο με το σουπερνόβα) θα μπορούσε να μετρηθεί. Το γεγονός αυτό θα αναγκάσει τον χώρο και τον χρόνο να δονείται και να εκπέμπει κύματα βαρύτητας. Ανιχνευτές για τα κύματα βαρύτητας έχουν ήδη αναπτυχθεί και το 2016 αναμένεται να φτάσουν σε μια ακρίβεια τέτοια που θα πρέπει σαφώς να εντοπιστούν τα κύματα βαρύτητας. Οι νέοι υπολογισμοί στη Βιέννη δείχνουν ότι αυτά τα κύματα βαρύτητας δεν μπορούν να μας προσφέρουν μόνο νέες ιδέες στην αστρονομία, αλλά μπορεί να μας πουν περισσότερα σχετικά με νέα είδη σωματιδίων.