Co ekstremalne czarne dziury powiedzą o kwantowej grawitacji

Współczesna fizyka opiera się na filarach teorii względności i mechaniki kwantowej. Jedna doskonale opisuje zjawiska makro, druga mikro. Jednak do dziś naukowcom nie udało się ich połączyć, stworzyć spójnego i klarownego opisu Wszechświata. Istnieją kandydujące do niego teorie, takie jak teoria strun, jednak brakuje im eksperymentalnego potwierdzenia.

Jednym z pomysłów na przełom w zrozumieniu teorii kwantowej grawitacji jest poszukiwanie obiektów ekstremalnych, gdzie efekty kwantowe byłyby zauważalne. Tym tematem zajął się ostatnio Gary Horowitz z University of California wraz ze współautorami, w tym z Maciejem Kolanowskim z Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Warszawskim. Artykuł ukazał się niedawno w „Physical Review Letters”.

Naukowcy przyjrzeli się tzw. ekstremalnym czarnymi dziurom Kerra. To szczególny typ tych obiektów – rotujący tak szybko, jak to fizycznie możliwe. W ich pobliżu mogą zachodzić efekty kwantowe, co nie zdarza się w przypadku zwykłych czarnych dziur.

Czarna dziura to fenomen opisany teoretycznie na tyle dobrze, że pierwsze jego zdjęcie, dostarczone przez Event Horizon Telescope (EHT), wyglądało dokładnie tak, jak się tego spodziewaliśmy (gaz zakrzywiany przez jej potężną masę). Wystarczy zresztą obejrzeć „Interstellar” w reżyserii Christophera Nolana, na potrzeby którego wykonano bardzo dokładną symulację takiej czarnej dziury. Mamy więc dobre symulacje tych obiektów oraz ich otoczenia.

Horowitz ze współpracownikami wyliczył, że rotacja może wywoływać zauważalne zmiany w rozkładzie materii wokół gwiazdy. Kwantowa grawitacja przewiduje bowiem tworzenie się lokalnych osobliwości (gdzie siła grawitacji dąży do nieskończoności) już na horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. To powinno zmienić sposób, w jaki gaz na nią opada.

Teraz wystarczy tylko takie obiekty zaobserwować – bo na razie ekstremalne czarne dziury Kerra to obiekt czysto teoretyczny.