Στην έρευνα για τις “μαύρες τρύπες” το Νόμπελ Φυσικής

Οι Roger Penrose, Andrea Ghez και Reinhard Genzel, είναι οι τρεις επιστήμονες που βραβεύθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2020 για τις αποκαλυπτικές έρευνές τους πάνω στα σκοτεινά μυστήρια του Σύμπαντος. Στην ανακοίνωση του Ιδρύματος Νόμπελ, αναφέρεται μεταξύ άλλων: «Οι τρεις νικητές μοιράζονται το φετινό Νόμπελ Φυσικής για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με ένα από τα πιο εξωτικά φαινόμενα στο σύμπαν, τη μαύρη τρύπα». Ο βρετανός Roger Penrose, από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, βραβεύεται «για την ανακάλυψη ότι ο σχηματισμός μαύρων οπών αποτελεί μια ισχυρή πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας».

Εφηύρε ευφυέστατες μαθηματικές μεθόδους για να εξερευνήσει τη γενική θεωρία της σχετικότητας και απέδειξε, δέκα χρόνια μετά τον θάνατο του πατέρα της θεωρίας, Άλμπερτ Αϊνστάιν, το 1975, ότι οι μαύρες τρύπες πράγματι υπάρχουν, εκείνα τα τέρατα στον χρόνο και στον χώρο που συλλαμβάνουν ό,τι εισέρχεται σε αυτά, ακόμα και το φως. Το βραβείο μοιράζεται εξ ημισείας με τους Reinhard Genzel από το γερμανικό Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, και το Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνια και Andrea Ghez από το Πανεπιστήμιο του Λος Άντζελες της Καλιφόρνια “για την ανακάλυψη ενός υπερμεγέθους συμπαγούς αντικειμένου στο κέντρο του γαλαξία μας”.

BREAKING NEWS: The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2020 #NobelPrize in Physics with one half to Roger Penrose and the other half jointly to Reinhard Genzel and Andrea Ghez. pic.twitter.com/MipWwFtMjz

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 6, 2020

Οι δύο επιστήμονες καθοδηγούν ο καθένας μια ομάδα αστρονόμων που, από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, επικεντρώνονται σε μια περιοχή που ονομάζεται Sagittarius A*, στο κέντρο του γαλαξία μας. Οι τροχιές των πιο φωτεινών αστεριών που βρίσκονται πλησιέστερα στο κέντρο του Γαλαξία μας έχουν χαρτογραφηθεί με αυξανόμενη ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου, ο Genzel και η Ghez ανέπτυξαν μεθόδους για να δουν μέσα από τα τεράστια σύννεφα διαστρικού αερίου και σκόνης, μλεχρι το κέντρο του Γαλαξία μας.

Τεντώνοντας τα όρια της τεχνολογίας, αντιστάθμισαν τις στρεβλώσεις που προκαλούνται από την ατμόσφαιρα της Γης, δημιουργώντας μοναδικά όργανα και δεσμεύοντας τους εαυτούς τους σε μακροχρόνια έρευνα. Το πρωτοποριακό έργο τους μας έχει δώσει τα πιο πειστικά στοιχεία μέχρι στιγμής για την ύπαρξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας.

Αξίζει να σημειωθεί πως η Andrea Ghez είναι η τέταρτη γυναίκα στην ιστορία που βραβεύεται με Νόμπελ Φυσικής. Η Φυσική ήταν το πεδίο των βραβείων που ανέφερε πρώτο ο Άλφρεντ Νομπέλ στη διαθήκη του το 1895. Στο τέλος του 19ου αιώνα, πολλοί θεωρούσαν τη Φυσική ως την πρωταρχική επιστήμη, και ίσως ο Νομπέλ να συμμεριζόταν αυτήν την άποψη. Εξάλλου και η δική του έρευνα συνδέθηκε στενά με τη φυσική. Το βραβείο Νόμπελ Φυσικής απονέμεται από τη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Σουηδίας και οι τρεις επιστήμονες θα μοιραστούν το χρηματικό έπαθλο που ανέρχεται σε 10 εκατομμύρια σουηδικές κορώνες.

Μαύρη τρύπα ή μελανή οπή, ονομάζεται το σημείο του χωροχρόνου, στο οποίο οι βαρυτικές δυνάμεις είναι τόσο μεγάλες, ώστε τίποτα -ούτε καν τα σωματίδια και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως το φως- να μην μπορεί να ξεφεύγει από αυτό.  Ο όρος «μαύρη τρύπα» είναι ευρύτατα διαδεδομένος και επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό, Τζον Γουίλερ. Δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια (οπή, βαθούλωμα), αλλά σε μια περιοχή του χώρου, από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει.

Μία μαύρη τρύπα είναι το σημείο εκείνο του διαστήματος, όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερο υλικό από δυόμισι ηλιακές μάζες και ο οποίος, στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου, έχασε την πάλη του ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα το υλικό του να καταρρεύσει και να συμπιεστεί περισσότερο ακόμα και από το υλικό ενός αστέρα νετρονίων.

Αν ήταν εφικτό να συμπτυχθεί ολόκληρη η Γη σε μια ακτίνα 0,9 εκατοστών, δηλαδή στο μέγεθος ενός κερασιού, θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα, καθώς η βαρύτητα της Γης θα γινόταν τόσο ακραία που η ταχύτητα διαφυγής θα έφτανε την ταχύτητα του φωτός. Παρομοίως, αν ο Ήλιος συμπτυσσόταν σε μια ακτίνα 3 χιλιομέτρων (στα 4 εκατομμυριοστά του τωρινού του μεγέθους), θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Φυσικά, δεν υπάρχει καμία γνωστή αστρονομική διαδικασία που θα μπορούσε να μετατρέψει τη Γη ή ακόμα και τον Ήλιο, σε μαύρη τρύπα. Η κρίσιμη ακτίνα όπου η ταχύτητα διαφυγής φτάνει την ταχύτητα του φωτός, δημιουργώντας έτσι μια μαύρη τρύπα, ονομάζεται ακτίνα Σβάρτσιλντ.

Η σκέψη για αντικείμενα των οποίων τα βαρυτικά πεδία είναι τόσο ισχυρά όπου ακόμη και το ίδιο το φως δεν μπορεί να αποδράσει, έγινε το 18ο αιώνα από τους Τζον Μίτσελ και Πιερ-Σιμόν Λαπλάς. Η πρώτη σύγχρονη λύση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας που θα μπορούσε να χαρακτηρίσει μια Μαύρη Τρύπα, βρέθηκε από τον Καρλ Σβάρτσιλντ το 1916. Αλλά η πρώτη ερμηνεία της ως περιοχή του χώρου από τον οποίο τίποτα δεν μπορεί να αποδράσει εκδόθηκε από τον Ντέιβιντ Φίνκελσταϊν το 1958. Οι μαύρες τρύπες αποτελούσαν αντικείμενα μαθηματικής περιέργειας.