Roterende sorte huller kan tjene som blide portaler til hyperrumrejser

Et af de mest elskede science fiction-scenarier er at bruge et sort hul som en portal til en anden dimension eller tid eller univers. Den fantasi kan være tættere på virkeligheden end tidligere forestillet.

Sorte huller er måske de mest mystiske objekter i universet. De er konsekvensen af, at tyngdekraften knuser en døende stjerne uden grænser, fører til dannelsen af ​​en ægte singularitet - hvilket sker, når en hel stjerne bliver komprimeret ned til et enkelt punkt, hvilket giver et objekt med uendelig tæthed. Denne tætte og varme singularitet slår et hul i selve rumtidens stof, muligvis åbner mulighed for hyperrumrejser. Det er, en genvej gennem rumtiden, der giver mulighed for at rejse over afstande i kosmisk skala på kort tid.

Forskere troede tidligere, at ethvert rumfartøj, der forsøgte at bruge et sort hul som en portal af denne type, ville skulle regne med naturen, når den er værst. Den varme og tætte singularitet ville få rumfartøjet til at udholde en sekvens af stadig mere ubehagelig tidevandsstrækning og klemning, før den blev fuldstændig fordampet.

Flyver gennem et sort hul

Mit team ved University of Massachusetts Dartmouth og en kollega på Georgia Gwinnett College har vist, at alle sorte huller ikke er skabt lige. Hvis det sorte hul som Skytten A*, placeret i centrum af vores egen galakse, er stor og roterende, så ændrer udsigterne for et rumfartøj sig dramatisk. Det er fordi den singularitet, som et rumfartøj skal kæmpe med, er meget skånsom og kunne give mulighed for en meget fredelig passage.

Grunden til at dette er muligt er, at den relevante singularitet inde i et roterende sort hul teknisk set er "svag, " og dermed ikke beskadige genstande, der interagerer med det. Først denne kendsgerning kan virke kontraintuitiv. Men man kan tænke på det som analogt med den almindelige oplevelse af hurtigt at føre en finger gennem et stearinlys nær 2, 000 graders flamme, uden at blive brændt.

Min kollega Lior Burko og jeg har undersøgt de sorte hullers fysik i over to årtier. I 2016 min ph.d. studerende, Caroline Mallary, inspireret af Christopher Nolans storfilm "Interstellar, " satte sig for at teste, om Cooper (Matthew McConaugheys karakter), kunne overleve sit fald dybt ind i Gargantua - en fiktiv, supermassiv, hurtigt roterende sort hul omkring 100 millioner gange vores sols masse. "Interstellar" var baseret på en bog skrevet af den nobelprisvindende astrofysiker Kip Thorne, og Gargantuas fysiske egenskaber er centrale for plottet i denne Hollywood-film.

Bygger på arbejde udført af fysikeren Amos Ori to årtier tidligere, og bevæbnet med hendes stærke computerfærdigheder, Mallary byggede en computermodel, der ville fange de fleste af de væsentlige fysiske effekter på et rumfartøj, eller enhver stor genstand, falder i et stort, roterende sort hul som Skytten A*.

Ikke engang en ujævn tur?

Det hun opdagede er, at under alle forhold ville et objekt, der falder ned i et roterende sort hul, ikke opleve uendeligt store effekter ved passage gennem hullets såkaldte indre horisontsingularitet. Dette er den singularitet, som et objekt, der kommer ind i et roterende sort hul, ikke kan manøvrere rundt eller undgå. Ikke kun det, under de rette omstændigheder, disse effekter kan være ubetydeligt små, giver mulighed for en ret behagelig passage gennem singulariteten. Faktisk, der er muligvis ingen mærkbare effekter på den faldende genstand overhovedet. Dette øger muligheden for at bruge store, roterende sorte huller som portaler til hyperrumrejser.

Mallary opdagede også en egenskab, som ikke var fuldt ud værdsat før:det faktum, at virkningerne af singulariteten i sammenhæng med et roterende sort hul ville resultere i hurtigt stigende cyklusser af strækning og klemning på rumfartøjet. Men for meget store sorte huller som Gargantua, styrken af ​​denne effekt ville være meget lille. Så, rumfartøjet og eventuelle personer om bord ville ikke opdage det.

Det afgørende er, at disse effekter ikke øges uden bundet; faktisk, de forbliver begrænsede, selvom belastningerne på rumfartøjet har en tendens til at vokse i det uendelige, når det nærmer sig det sorte hul.

Der er et par vigtige simplificerende antagelser og deraf følgende forbehold i forbindelse med Mallarys model. Hovedantagelsen er, at det sorte hul, der overvejes, er fuldstændig isoleret og dermed ikke udsat for konstante forstyrrelser fra en kilde, såsom en anden stjerne i dens nærhed eller endda faldende stråling. Selvom denne antagelse tillader vigtige forenklinger, det er værd at bemærke, at de fleste sorte huller er omgivet af kosmisk materiale - støv, gas, stråling.

Derfor, en naturlig forlængelse af Mallarys arbejde ville være at udføre en lignende undersøgelse i sammenhæng med et mere realistisk astrofysisk sort hul.

Mallarys tilgang til at bruge en computersimulering til at undersøge virkningerne af et sort hul på et objekt er meget almindeligt inden for sort huls fysik. Det er overflødigt at sige, vi har ikke evnen til at udføre rigtige eksperimenter i eller nær sorte huller endnu, så videnskabsmænd tyer til teori og simuleringer for at udvikle en forståelse, ved at lave forudsigelser og nye opdagelser.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.