24 ژوئن 2024 – توسط ملودی روزمن، دانشگاه واترلو-اعتبار: ناسا
در هفت دهه گذشته، اخترفیزیکدانان وجود “کوگلبلیتز”، سیاهچاله هایی که در اثر غلظت بسیار بالای نور ایجاد می شوند، نظریه پردازی کرده اند.
آنها حدس می زدند که این سیاهچاله های خاص ممکن است با پدیده های نجومی مانند ماده تاریک مرتبط باشند و حتی به عنوان منبع انرژی موتورهای فرضی سفینه فضایی در آینده دور پیشنهاد شده اند.
با این حال، تحقیقات جدید فیزیک نظری توسط تیمی از محققان دانشگاه واترلو و دانشگاه کامپلوتنس مادرید نشان می‌دهد که کوگلبلیتزه در جهان کنونی ما غیرممکن است. تحقیقات آنها با عنوان “بدون سیاهچاله از نور” در سرور preprint arXiv منتشر شده و در Physical Review Letters منتشر خواهد شد.
ادواردو مارتین-مارتینز، استاد ریاضیات کاربردی و فیزیک ریاضی و وابسته به مؤسسه فیزیک نظری پیرامونی، می‌گوید: «متداول‌ترین سیاه‌چاله‌های شناخته شده، سیاهچاله‌هایی هستند که ناشی از غلظت‌های عظیم ماده منظم است که تحت گرانش خود فرو می‌روند.از آنجایی که در نظریه نسبیت عام انیشتین، هر نوع انرژی فضا-زمان را منحنی می‌کند، مدت‌ها حدس زده می‌شد که غلظت عظیم انرژی به شکل نور ممکن است به فروپاشی مشابهی منجر شود. با این حال، این پیش‌بینی بدون در نظر گرفتن اثرات کوانتومی انجام شد..”
این تیم با در نظر گرفتن اثرات کوانتومی یک مدل ریاضی ساخت که نشان می‌دهد غلظت نور مورد نیاز برای ایجاد کوگلبلیتزه ده‌ها مرتبه بزرگ‌تر از آن چیزی است که در اختروش‌ها، درخشان‌ترین اجرام در جهان ما مشاهده می‌شود.
خوزه پولو گومز، دکترای تخصصی، کاندیدای ریاضیات کاربردی و اطلاعات کوانتومی می‌گوید: مدت‌ها قبل از اینکه بتوانید به آن شدت نور برسید، ابتدا اثرات کوانتومی خاصی رخ می‌دادند. این غلظت شدید نور منجر به ایجاد خودبه‌خود ذراتی مانند جفت الکترون-پوزیترون می‌شود که خیلی سریع از منطقه دور می‌شوند.»
اگرچه آزمایش شرایط لازم برای دستیابی به چنین اثری بر روی زمین با استفاده از فناوری فعلی غیرممکن است، اما تیم می‌تواند به صحت پیش‌بینی‌های خود اطمینان داشته باشد زیرا آنها بر همان اصول ریاضی و علمی که توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) را اسکن می‌کند، تکیه می‌کنند.
” مارتین مارتینز گفت یک راه برای درک این پدیده، فکر کردن به نابودی ماده و پادماده است، مانند آنچه در طول اسکن PET اتفاق می‌افتد. الکترون‌ها و پادذرات آنها (پوزیترون‌ها) می‌توانند یکدیگر را از بین ببرند و به جفت فوتون یا “ذرات” نور تجزیه شوند..
“نتایج ما نتیجه پدیده ای به نام “قطب شدن خلاء” و اثر شوینگر است، و در حالی که توضیح آنها در چند کلمه می تواند چالش برانگیز باشد، یک روش مفید برای تفکر در مورد آن این است: پدیده ای که ما پیش بینی کرده ایم که از آن جلوگیری می کند. ایجاد سیاهچاله ها از نور از بسیاری جهات مانند پدیده فروپاشی ماده-ضد ماده است که در اسکن PET اتفاق می افتد وقتی غلظت زیادی از فوتون وجود دارد، آنها می توانند به جفت الکترون-پوزیترون تجزیه شوند که به سرعت پراکنده می شوند. انرژی را با خود ببرند و از فروپاشی گرانشی جلوگیری کنند.”
در حالی که غیرممکن بودن کوگلبلیتزه ممکن است برای اخترفیزیکدانان ناامید کننده باشد، این کشف یک دستاورد مهم در نوع تحقیقات فیزیک بنیادی است که با مشارکت بین ریاضیات کاربردی، موسسه محیطی و موسسه محاسبات کوانتومی در واترلو امکان پذیر شده است.
Polo-Gómez گفت: “در حالی که این اکتشافات ممکن است در حال حاضر کاربردهای شناخته شده ای نداشته باشند، ما در حال ایجاد زمینه برای نوآوری های تکنولوژیکی فرزندان خود هستیم.”
علم پشت دستگاه‌های اسکن PET زمانی به همان اندازه تئوری بود و اکنون در هر بیمارستانی وجود دارد.
