Θα είναι η πρώτη φορά που ένας Έλληνας επιστήμονας, ακόμα κι αν εργάζεται στο Πανεπιστήμο της Αριζόνα, καταφέρει να κερδίσει το Νόμπελ Φυσικής. Ο Δημήτρης Ψάλτης, καθηγητής Αστροφυσικής, κατάφερε με την ομάδα του να επιβεβαιώσουν τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, «φωτογραφίζοντας» μια Μαύρη Τρύπα του Διαστήματος.

Ποιος είναι ο Δημήτρης Ψάλτης

Έλληνας της διασποράς, ο Σερραίος στην καταγωγή Δημήτρης Ψάλτης, καθηγητής Αστρονομίας και Φυσικής του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, διαδραμάτισε κομβικό ρόλο στο μεγάλο «Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων» (Event Horizon Telescope-EHT), που πήρε την πρώτη εικόνα από μια μαύρη τρύπα. Η τερατώδης μαύρη τρύπα, στον γαλαξία Μessier 87, έχει διάμετρο περίπου 40 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων (τρία εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη Γη) και βρίσκεται σε απόσταση 500 εκατομμυρίων τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων.

Ο Δημήτρης Ψάλτης και οι συνεργάτες του ανέλαβαν -για πρώτη φορά σε τέτοια αστροφυσική κλίμακα- να εξετάσουν κατά πόσο η εικόνα της μαύρης τρύπας επαληθεύει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Γι’ αυτό το σκοπό ανέπτυξαν τα σχετικά «τεστ» και κατέληξαν στη σημαντική διαπίστωση ότι ο Αϊνστάιν για μια ακόμη φορά δικαιώθηκε, καθώς η εικόνα της μαύρης τρύπας τελικά ταιριάζει πολύ καλά στις προσομοιώσεις που είχαν προηγηθεί με βάση τη θεωρία.

«Το Τηλεσκόπιο ΕΗΤ για πρώτη φορά μας επέτρεψε να ελέγξουμε τις προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα γαλαξιών. Το μέγεθος και η σκιά (σ.σ. της μαύρης τρύπας του γαλαξία Μ87 που φωτογραφήθηκε) επιβεβαιώνει τις ακριβείς προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, αυξάνοντας έτσι την εμπιστοσύνη μας σε αυτή τη θεωρία που έχει κλείσει ένα αιώνα. Η απεικόνιση μιας μαύρης τρύπας είναι μόνο η αρχή της προσπάθειας μας να αναπτύξουμε νέα εργαλεία που θα μας επιτρέψουν να ερμηνεύσουμε τα άκρως πολύπλοκα δεδομένα της φύσης» είχε δηλώσει σχετικά ο Δημήτρης Ψάλτης.

Από το 2003 διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, όπου σήμερα είναι καθηγητής Αστρονομίας και Φυσικής. Οι έρευνές του εστιάζονται στον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν σε κοσμική κλίμακα, μελετώντας κυρίως τις μαύρες τρύπες και τους αστέρες νετρονίων. Ο κ. Ψάλτης ασχολείται με το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων από τα πρώτα στάδιά του. Με την ερευνητική ομάδα του, ανέπτυξε τα τεστ της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, που το τηλεσκόπιο ΕΗΤ πραγματοποιεί. Επίσης, έχει αναπτύξει αλγόριθμους προσομοίωσης σε υπολογιστές, που προέβλεψαν εκ των προτέρων πώς θα μοιάζουν οι πρώτες εικόνες από τις μαύρες τρύπες.

Το γεγονός αυτό, ενδεχομένως να του δώσει και το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσικής, όπως εξηγεί ο αστροφυσικός Διονύσης Σιμόπουλος, με ανάρτησή του στη σελίδα του στο Facebook.

Την ερχόμενη Τρίτη το μεσημέρι (γύρω στις 12:46 μμ ώρα (Ελλάδος) η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία Επιστημών θα ανακοινώσει τα ονόματα των επιστημόνων που θα λάβουν φέτος το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2020. Και ίσως εφέτος να είναι η χρονιά κατά την οποία ένας ακόμη δικός μας άνθρωπος να είναι αυτός που θα παραλάβει το τρίτο Βραβείο Νόμπελ μετά από τους Γιώργο Σεφέρη (1963) και Οδυσσέα Ελύτη (1979), αλλά αυτή τη φορά δεν θα είναι βραβείο λογοτεχνίας αλλά βραβείο Φυσικής. Αναφέρομαι φυσικά στον καθηγητή αστροφυσικής του Πανεπιστημίου της Αριζόνα Δημήτρη Ψάλτη [Dimitrios Psaltis] και την μεγαλύτερη ανακάλυψη του 2019, την φωτογράφηση δηλαδή της «σκιάς» μιας Μαύρης Τρύπας στον πυρήνα του γιγάντιου ελλειπτικού γαλαξία Μ87.

Η καταπληκτική φωτογράφηση έγινε πραγματικότητα από την συνδυασμένη λειτουργία ραδιοτηλεσκοπίων σε οκτώ διαφορετικές περιοχές της Γης, την Ανταρκτική, τη Χιλή, το Μεξικό, τη Χαβάη, την Αριζόνα και την Ισπανία τα οποία είχαν συνδεθεί συμβολομετρικά μεταξύ τους δημιουργώντας έτσι ένα τηλεσκόπιο με το μέγεθος του πλανήτη μας. Ευθύς εξ αρχής οι 347 ερευνητές της κοινοπραξίας των 60 πανεπιστημίων και ερευνητικών εργαστηρίων από 20 διαφορετικές χώρες είχαν αποφασίσει να εντοπίσουν τις παρατηρήσεις τους σε δύο γιγάντιες μαύρες τρύπες. Η μία πολύ πλησιέστερα σ’ εμάς, σε απόσταση 26.000 ετών φωτός στο κέντρο του Γαλαξία μας, και η άλλη πολύ πιο μακριά σε απόσταση 55 εκατομμυρίων ετών φωτός, αλλά πολύ πιο μεγάλη.

Ο ορίζοντας των γεγονότων μιας Μαύρης Τρύπας

Η καταπληκτική αυτή φωτογράφηση αποτύπωσε τα όρια του “ορίζοντα γεγονότων” μιας Μαύρης Τρύπας, ενός αντικειμένου από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να δραπετεύσει, ούτε κι αυτό ακόμη το φως. Ό,τι ήταν κάποτε άστρα, πλανήτες και νεφελώματα, βρίσκονται τώρα συμπιεσμένα σ’ έναν απεριόριστα μικροσκοπικό και υπέρπυκνο χώρο στο εσωτερικό του οποίου οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν. Και παρ’ όλο που η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν είχε προβλέψει την ύπαρξή τους από τις αρχές του 20ου αιώνα, εν τούτοις μόλις πρόσφατα μας δόθηκε η ευκαιρία να ανακαλύψουμε μερικές από τις απαντήσεις στα ερωτηματικά που έχουμε γι’ αυτές. Γιατί ελάχιστα αντικείμενα στο Σύμπαν μπορούν να προκαλέσουν το δέος που προκαλεί μια μαύρη τρύπα.

Η Θεωρία της Σχετικότητας

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν υπονοεί ότι στο Σύμπαν θα μπορούσε να υπάρξει και κάποιο αντικείμενο με υλικά τόσο πολύ συμπιεσμένα, ώστε η δύναμη της βαρύτητας του να παραμορφώσει το χωρόχρονο γύρω του σε αφάνταστο βαθμό και μέχρις ότου αυτό τούτο το αντικείμενο, «ανοίγοντας» μια «τρύπα» στη δομή του σύμπαντος, «χαθεί» για πάντα απ’ αυτό. Οτιδήποτε δηλαδή και αν «πέσει» μέσα σε μια μαύρη τρύπα «χάνεται» από το σύμπαν, γιατί η βαρύτητά της είναι τόσο μεγάλη ώστε ούτε και αυτό ακόμη το φως να μην μπορεί να διαφύγει από την ελκτική της δύναμη. Μια «μαύρη τρύπα» λοιπόν είναι ένα «άστρο» που έχει καταρρεύσει σ’ ένα απειροελάχιστα μικροσκοπικό μέγεθος, αφήνοντας πίσω του την ένταση μόνο της βαρύτητάς του. Μ’ αυτή λοιπόν την έννοια μπορούμε να μιλάμε για «μαύρες τρύπες» στο διάστημα. Γι’ αυτό άλλωστε δεν είναι καθόλου παράξενο που μια μαύρη τρύπα αντιμετωπίζεται σήμερα ως ένα πραγματικά αδιανόητο ουράνιο αντικείμενο, όπου οι νόμοι της φυσικής έχουν «σηκώσει τα χέρια ψηλά», αδυνατώντας να προβλέψουν το τι συμβαίνει στο εσωτερικό του.

Τι θα συνέβαινε εάν ταξιδεύαμε κοντά σε μια μαύρη τρύπα

Η φωτογράφηση όμως του “ορίζοντα γεγονότων” μας Μαύρης Τρύπας μας οδηγεί να δώσουμε απαντήσεις και σε ερωτήματα όπως είναι, για παράδειγμα, για το τι θα συνέβαινε εάν ταξιδεύαμε κοντά σε μια μαύρη τρύπα! Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας μας περιγράφει μια πραγματικά ενδιαφέρουσα εμπειρία αφού αν πλησιάζαμε μια μαύρη τρύπα μ’ ένα διαστημόπλοιο, η ισχυρότατη δύναμη της βαρύτητάς της θα το υποχρέωνε να τεντωθεί σαν λάστιχο, και κάθε άτομο του και όλων όσων θα βρίσκονταν στο εσωτερικό του, θα παραμορφώνονταν τρομαχτικά. Αν στέλναμε κάποιο φανάρι, θα παρατηρούσαμε ότι το φως του ελαττώνεται όλο και πιο πολύ καθώς αυτό πλησίαζε τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας.

Τα φωτεινά δηλαδή κύματα χάνουν τόση πολλή ενέργεια στην προσπάθειά τους να σκαρφαλώσουν μακριά από την βαρύτητα της τρύπας ώστε έχουμε σαν αποτέλεσμα το αδυνάτισμα της φωτεινής τους έντασης. Το φως από ένα φανάρι που θα έφτανε ακριβώς στην επιφάνεια του ορίζοντα, δεν μπορεί να φτάσει ποτέ μέχρι τα μάτια μας. Αν πάλι στέλναμε ένα ρολόι, τότε θα παρατηρούσαμε ότι καθώς αυτό πλησίαζε την μαύρη τρύπα ο χρόνος θα έτρεχε όλο και πιο αργά.

Φυσικά, τα πάντα είναι σχετικά. Αν δηλαδή με κάποιο τρόπο αφήναμε το διαστημόπλοιο και πλησιάζαμε την μαύρη τρύπα, δεν θα αισθανόμασταν καμιά αλλαγή στον χρόνο. Γιατί το ρολόι που θα είχαμε μαζί μας θα έδειχνε ότι για μας ο χρόνος τρέχει κανονικά. Αντίθετα αν μπορούσαμε να διακρίνουμε τους δείχτες του ρολογιού που αφήσαμε στο διαστημόπλοιό μας, θα τους βλέπαμε να τρέχουν με τεράστιες ταχύτητες. Από τα πρόθυρα της μαύρης τρύπας ο χρόνος στο διαστημόπλοιο, καθώς και σε οποιοδήποτε άλλο σημείο του σύμπαντος, θα έτρεχε με απίστευτη ταχύτητα.

Αυτή η «παραμόρφωση» του χρόνου μας λεει ότι, αν με κάποιον τρόπο μπορούσαμε να ξεφύγουμε από την ελκτική δύναμη της μαύρης τρύπας και επιστρέφαμε και πάλι στο διαστημόπλοιό μας, θα βρισκόμασταν στο μέλλον. Συμβαίνει δηλαδή και στον χρόνο το ίδιο που συμβαίνει και στον χώρο, γιατί η παρουσία της μαύρης τρύπας δημιουργεί όχι μόνο χώρο-παραμόρφωση αλλά και χρόνο-παραμόρφωση. Κι όταν τελικά το ρολόι θα φτάσει στον ορίζοντα γεγονότων, ο χρόνος γι’ αυτό θα σταματήσει τελείως. Μ’ αυτή την έννοια δηλαδή ο μαύρες τρύπες μπορεί να θεωρηθούν και σαν ένα είδος «μηχανών του χρόνου»! Μηχανές του χρόνου όμως που μπορούν να μας μεταφέρουν μόνο προς το μέλλον.

Οι μαύρες τρύπες

Ίσως πάλι οι μαύρες τρύπες να μην λειτουργούν απλά και μόνο σαν χρόνο-μηχανές, ούτε όμως και σαν τρύπες, αλλά να είναι ένα είδος χωροχρονικής σήραγγας που θα μας μετέφερε σε κάποιο άλλο σημείο του δικού μας ή κάποιου άλλου σύμπαντος. Μερικοί αστροφυσικοί υποστηρίζουν ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν δεν αποκλείουν κάτι τέτοιο. Αντιμετωπίζουμε έτσι ένα από τα βασικά ερωτήματα που αφορούν την τύχη των υλικών που εισχωρούν στην μαύρη τρύπα: που πηγαίνουν, δηλαδή τα υλικά αυτά; Αφού η βαρυτική δύναμη της μαύρης τρύπας εμποδίζει σε οποιαδήποτε πληροφορία να διαφύγει απ’ αυτήν, δεν υπάρχει τρόπος να γνωρίζουμε τον μελλοντικό τους πραγματικό δρόμο. Το γεγονός όμως αυτό δεν εμποδίζει τους θεωρητικούς φυσικούς από του να κάνουν τις δικές τους μαθηματικές υποθέσεις.

Τρεις είναι οι πιθανότητες που διερευνώνται, με πρώτη και καλύτερη τον απλό «αφανισμό» των υλικών στην ιδιόμορφη καρδιά της μαύρης τρύπας. Οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν επίσης να σχηματίζουν παράξενες κοσμικές σήραγγες (μερικοί τις ονομάζουν «σκουληκότρυπες») που ίσως να οδηγούν σε κάποιο άλλο άγνωστο σύμπαν, με το οποίο δεν υπάρχει καμιά άλλη επικοινωνία ούτε και τρόπος επιστροφής. Η τρίτη πιθανότητα, και ίσως η πιο ενδιαφέρουσα απ’ όλες, προτείνει την συνένωση μιας μαύρης τρύπας με άλλα σημεία του δικού μας σύμπαντος. Σημεία δηλαδή που απέχουν μεταξύ τους όχι μόνο στον χώρο αλλά και στον χρόνο. Πολλοί μάλιστα παρομοιάζουν τις ουράνιες αυτές σκουληκότρυπες με την προσφιλή «εφεύρεση» των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας που έχουν βαφτίσει «υπερδιάστημα», μια έννοια η οποία, παρ’ όλο που δεν υπάρχει στη φύση, επιτρέπει στους ήρωες των διαστημικών μυθιστορημάτων να μετακινούνται από άστρο σε άστρο σχεδόν στιγμιαία. Στο εσωτερικό μιας Μαύρης Τρύπας όμως υπάρχει τόσο μεγάλη βιαιότητα ώστε η δημιουργία μιας σκουληκότρυπας είναι αδύνατη, και πόσο μάλλον για να μπορέσουμε να την διασχίσουμε.

Να γίνουν οι μαύρες τρύπες το κλειδί των μελλοντικών μας μετακινήσεων

Όλα αυτά δεν είναι παρά η προσωποποίηση της άκρατης καταστροφικής μανίας της Φύσης σε κλίμακα που μας είναι αδιανόητη. Ή μήπως όχι, αφού στην πραγματικότητα δεν πρόκειται παρά για την απλή διεκπεραίωση των φαινομένων ενός ανήσυχου Σύμπαντος. Οπότε, αφού ο χρόνος και ο χώρος είναι έννοιες που δεν έχουν καμιά υπόσταση στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας, υπάρχει πιθανότητα κάποτε στο μέλλον, και με την κατάλληλη τεχνολογία, να γίνουν οι μαύρες τρύπες το κλειδί των μελλοντικών μας μετακινήσεων στην προσπάθειά μας να εξερευνήσουμε ολάκερο το Σύμπαν. Αρκεί, βέβαια, η μαύρη τρύπα που θα διαλέξουμε για ένα τέτοιο ταξίδι, να είναι αρκετά μεγάλη, μια και οι τελευταίες θεωρητικές έρευνες μας πληροφορούν ότι στο Σύμπαν υπάρχουν μαύρες τρύπες σε όλα τα μεγέθη.

Η γιγάντια πάντως μαύρη τρύπα του M87 έχει 6,5 δισεκατομμύρια φορές την μάζα του Ήλιου μας και διάμετρο που φτάνει τα 100 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, 22 δηλαδή φορές την απόσταση του πλανήτη Ποσειδώνα από τον Ήλιο, όταν σε σύγκριση η μάζα της μαύρης τρύπας του Γαλαξία μας δεν υπερβαίνει την μάζα τεσσάρων εκατομμυρίων άστρων σαν τον Ήλιο. Γι’ αυτό δόθηκε προτεραιότητα στην ανάλυση των δεδομένων από τον Μ87 κι όχι από τον δικό μας.

Κάποια στιγμή θα γίνει και η ανάλυση των δεδομένων από την μαύρη τρύπα και του δικού μας Γαλαξία και θα μπορέσουμε τότε να δούμε πως μοιάζει και το «θηρίο» του δικού μας γαλαξιακού κέντρου. Ίσως μάλιστα η φωτογραφία αυτή να δοθεί στην δημοσιότητα πολύ νωρίτερα απ’ ότι υπολογίζουμε.

Κι έτσι οι μελέτες που θα γίνουν στα επόμενα μερικά χρόνια με βάση τέτοιου είδους φωτογραφίες ίσως να μας βοηθήσουν να κάνουμε πραγματικότητα το όνειρο του Αϊνστάιν για την ενοποίηση των τεσσάρων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Προς το παρόν, πάντως, το σίγουρο είναι ότι οι μελέτες που έγιναν στη Μαύρη Τρύπα του Μ87 επιβεβαιώνουν την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν κατά 500 φορές πιο πολύ σε σχέση με άλλα τεστ που έχουν γίνει στο ηλιακό μας σύστημα».