Roterende zwarte gaten kunnen ervoor zorgen dat Hyperspace Travel eindelijk binnen bereik komt

Een van de meest gekoesterde sciencefictionscenario's is een zwart gat gebruiken als een portaal naar een andere dimensie of tijd of universum. Die fantasie kan dichter bij de werkelijkheid liggen dan eerder gedacht.

Zwarte gaten zijn misschien wel de meest mysterieuze objecten in het universum. Ze zijn het gevolg van de zwaartekracht die een stervende ster zonder limiet verplettert, wat leidt tot de vorming van een echte singulariteit - wat gebeurt wanneer een hele ster tot een enkel punt wordt samengeperst en een voorwerp met oneindige dichtheid oplevert. Deze dichte en hete singulariteit slaat een gat in het weefsel van de ruimtetijd zelf, mogelijk een mogelijkheid voor hyperspace-reizen. Dat wil zeggen, een korte doorbreking van de ruimtetijd waarmee je in een korte periode over kosmische schaalafstanden kunt reizen.

Zie ook: Is Hyperspace Pure Science Fiction? Niet als je hard kijkt naar snaartheorie

Onderzoekers dachten eerder dat een ruimtevaartuig dat probeert een zwart gat als een portaal van dit type te gebruiken, rekening moet houden met de natuur op zijn slechtst. De hete en dichte singulariteit zou ervoor zorgen dat het ruimtevaartuig een opeenvolging van steeds oncomfortabel getijdenrek en -knijpen doorstaat voordat het volledig verdampt is.

Vliegen door een zwart gat

Mijn team aan de Universiteit van Massachusetts Dartmouth en een collega van Georgia Gwinnett College hebben aangetoond dat alle zwarte gaten niet gelijk zijn gemaakt. Als het zwarte gat zoals Boogschutter A *, dat zich in het centrum van onze eigen melkweg bevindt, groot en ronddraait, veranderen de vooruitzichten voor een ruimteschip drastisch. Dat komt omdat de singulariteit waarmee een ruimtevaartuig te kampen zou hebben zeer zachtaardig is en een zeer vredige doorgang mogelijk maakt.

De reden dat dit mogelijk is, is dat de relevante singulariteit in een roterend zwart gat technisch "zwak" is en dus geen objecten beschadigt die ermee interageren. In eerste instantie kan dit feit contra-intuïtief lijken. Maar men kan het beschouwen als analoog aan de algemene ervaring van het snel passeren van je vinger door de bijna 2000 graden vlam van een kaars zonder verbrand te worden.

Mijn collega Lior Burko en ik onderzoeken al meer dan twee decennia de fysica van zwarte gaten. In 2016, mijn Ph.D. student, Caroline Mallary, geïnspireerd door de kaskrakerfilm van Christopher Nolan interstellair, erop uit om te testen of Cooper (het personage van Matthew McConaughey) zijn val tot diep in Gargantua kon overleven - een fictief, supermassief, snel roterend zwart gat dat zo'n 100 miljoen keer de massa van onze zon is. interstellair was gebaseerd op een boek geschreven door Nobelprijswinnende astrofysicus Kip Thorne en Gargantua's fysieke eigenschappen staan ​​centraal in de plot van deze Hollywood-film.

Voortbouwend op het werk van fysicus Amos Ori, twee decennia eerder, en bewapend met haar sterke computationele vaardigheden, bouwde Mallary een computermodel dat de meeste essentiële fysieke effecten op een ruimtevaartuig of een groot voorwerp vastlegde, dat in een groot, roterend zwart viel gat zoals Boogschutter A *.

Zelfs geen hobbelige rit?

Wat ze ontdekte is dat onder alle omstandigheden een voorwerp dat in een roterend zwart gat valt geen oneindig grote effecten zou ondervinden bij het passeren door de zogenaamde singulariteit van de binnenste horizon van het gat. Dit is de singulariteit die een object dat een roterend zwart gat binnengaat, niet kan manoeuvreren of vermijden. Niet alleen dat, onder de juiste omstandigheden, deze effecten verwaarloosbaar klein kunnen zijn, wat een vrij comfortabele passage door de singulariteit mogelijk maakt. In feite zijn er mogelijk helemaal geen merkbare effecten op het vallende voorwerp. Dit vergroot de haalbaarheid van het gebruik van grote, roterende zwarte gaten als portalen voor hyperspace-reizen.

Mallary ontdekte ook een functie die nog niet volledig werd gewaardeerd: het feit dat de effecten van de singulariteit in de context van een roterend zwart gat zouden resulteren in snel toenemende cycli van rekken en knijpen in het ruimtevaartuig. Maar voor zeer grote zwarte gaten zoals Gargantua, zou de kracht van dit effect erg klein zijn. Dus het ruimteschip en eventuele individuen aan boord zouden het niet ontdekken.

Het cruciale punt is dat deze effecten niet zonder beperkingen toenemen; in feite blijven ze eindig, hoewel de spanningen op het ruimtevaartuig de neiging hebben om oneindig te groeien als het het zwarte gat nadert.

Er zijn enkele belangrijke vereenvoudigende veronderstellingen en resulterende waarschuwingen in de context van het model van Mallary. De belangrijkste aanname is dat het betreffende zwarte gat volledig geïsoleerd is en dus niet onderhevig is aan voortdurende stoornissen door een bron zoals een andere ster in zijn nabijheid of zelfs enige vallende straling. Hoewel deze veronderstelling belangrijke vereenvoudigingen mogelijk maakt, is het vermeldenswaard dat de meeste zwarte gaten zijn omgeven door kosmisch materiaal - stof, gas, straling.

Zie ook: 'Solo' gaf een naam aan de brandstof voor Hyperspace Travel

Daarom zou een natuurlijke uitbreiding van het werk van Mallary zijn om een ​​soortgelijk onderzoek uit te voeren in de context van een meer realistisch astrofysisch zwart gat.

De aanpak van Mallary om een ​​computersimulatie te gebruiken om de effecten van een zwart gat op een voorwerp te onderzoeken, is heel gebruikelijk op het gebied van de fysica van de zwarte gaten. Onnodig te zeggen dat we nog niet in staat zijn om echte experimenten in of in de buurt van zwarte gaten uit te voeren, dus nemen wetenschappers hun toevlucht tot theorie en simulaties om begrip te ontwikkelen, door voorspellingen te doen en nieuwe ontdekkingen te doen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Gaurav Khanna. Lees hier het originele artikel.