Een van de meest gekoesterde sciencefictionscenario's is het gebruik van een zwart gat als portaal naar een andere dimensie, tijd of universum. Die fantasie kan dichter bij de werkelijkheid staan ​​dan eerder werd 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 wordt samengedrukt tot een enkel punt, waardoor een object met oneindige dichtheid ontstaat. Deze dichte en hete singulariteit slaat een gat in het weefsel van de ruimtetijd zelf, mogelijk een kans openen voor hyperspace-reizen. Dat is, een kortere weg door de ruimtetijd die het mogelijk maakt om in korte tijd over kosmische schaalafstanden te reizen.

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

Vliegen door een zwart gat

Mijn team aan de Universiteit van Massachusetts Dartmouth en een collega aan het Georgia Gwinnett College hebben aangetoond dat niet alle zwarte gaten gelijk zijn. Als het zwarte gat zoals Boogschutter A*, gelegen in het centrum van onze eigen melkweg, is groot en roterend, dan veranderen de vooruitzichten voor een ruimtevaartuig drastisch. Dat komt omdat de singulariteit waarmee een ruimtevaartuig te maken zou hebben, heel zachtaardig is en een zeer vreedzame doorgang mogelijk zou kunnen maken.

De reden dat dit mogelijk is, is dat de relevante singulariteit in een roterend zwart gat technisch "zwak, " en beschadigt dus geen objecten die ermee interageren. In het begin, dit feit lijkt misschien contra-intuïtief. Maar je kunt het zien als analoog aan de algemene ervaring van snel je vinger door een kaars in de buurt van 2 halen, 000 graden vlam, zonder te verbranden.

Mijn collega Lior Burko en ik doen al meer dan twintig jaar onderzoek naar de fysica van zwarte gaten. in 2016, mijn doctoraat student, Caroline Mallary, geïnspireerd door Christopher Nolan's kaskraker "Interstellar, " gingen testen of Cooper (het personage van Matthew McConaughey), zou zijn val diep in Gargantua kunnen overleven - een fictief, superzwaar, snel roterend zwart gat, ongeveer 100 miljoen keer de massa van onze zon. "Interstellar" was gebaseerd op een boek geschreven door Nobelprijswinnaar astrofysicus Kip Thorne en Gargantua's fysieke eigenschappen staan ​​centraal in de plot van deze Hollywood-film.

Voortbouwend op het werk van natuurkundige Amos Ori twee decennia eerder, en gewapend met haar sterke rekenvaardigheden, Mallary bouwde een computermodel dat de meeste essentiële fysieke effecten op een ruimtevaartuig zou vastleggen, of een groot object, vallen in een grote, roterend zwart gat zoals Boogschutter A*.

Niet eens een hobbelige rit?

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

Mallary ontdekte ook een kenmerk dat voorheen 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 uitrekken en knijpen op het ruimtevaartuig. Maar voor zeer grote zwarte gaten zoals Gargantua, de sterkte van dit effect zou erg klein zijn. Dus, het ruimtevaartuig en eventuele personen aan boord zouden het niet detecteren.

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

Er zijn een paar belangrijke vereenvoudigende aannames en daaruit voortvloeiende kanttekeningen in de context van Mallary's model. De belangrijkste veronderstelling is dat het beschouwde zwarte gat volledig geïsoleerd is en dus niet onderhevig is aan constante verstoringen door een bron zoals een andere ster in de buurt of zelfs vallende straling. Hoewel deze veronderstelling belangrijke vereenvoudigingen mogelijk maakt, het is vermeldenswaard dat de meeste zwarte gaten worden omgeven door kosmisch materiaal – stof, gas, straling.

Daarom, een natuurlijke uitbreiding van Mallary's werk zou zijn om een ​​soortgelijk onderzoek uit te voeren in de context van een realistischer astrofysisch zwart gat.

Mallary's benadering om een ​​computersimulatie te gebruiken om de effecten van een zwart gat op een object te onderzoeken, is heel gebruikelijk in het veld van de fysica van zwarte gaten. Onnodig te zeggen, we hebben nog niet de mogelijkheid om echte experimenten uit te voeren in of nabij zwarte gaten, dus wetenschappers nemen hun toevlucht tot theorie en simulaties om een ​​begrip te ontwikkelen, door voorspellingen en nieuwe ontdekkingen te doen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.