Găurile negre sunt printre cele mai fascinante și misterioase obiecte din Univers. În mod tradițional, ele se formează atunci când stelele masive se prăbușesc sub propria gravitație, la sfârșitul ciclului lor de viață. Cu toate acestea, au fost propuse ipoteze mai exotice, în special cea a „kügelblitze”, găurile negre formate exclusiv prin concentrarea luminii. Dar sunt ele cu adevărat posibile?
Un kügelblitz, un termen german care înseamnă „fulger globular”, se referă la o gaură neagră ipotetică care s-ar forma nu dintr-o materie obișnuită, ci dintr-o concentrație imensă de radiații electromagnetice, cum ar fi lumina. În teoria relativității generale a lui Einstein, chiar dacă nu are masă, energia poate într-adevăr să curbeze spațiul-timp și să producă o atracție gravitațională. Teoretic, dacă suficientă lumină este concentrată într-un volum extrem de mic, ar putea genera un câmp gravitațional suficient de puternic pentru a forma o gaură neagră.
Un nou studiu, publicat în Physical Review Letters, arată că aceste concepte se bazează pe relativitatea generală clasică și nu iau în considerare fenomenele cuantice. Din acest motiv cercetători de la Universitatea din Waterloo și Institutul Perimeter pentru Fizică Teoretică au explorat impactul efectelor cuantice asupra formării kügelblitze.
Cercetătorii au studiat un fenomen numit efect Schwinger, cunoscut și sub numele de polarizare în vid. Acesta se produce atunci când câmpurile electromagnetice extrem de intense transformă o parte din energia lor în materie, creând perechi de particule-antiparticule (electroni și pozitroni). Oamenii de știință au calculat rata la care aceste perechi de particule consumă energie din câmpul electromagnetic. Dacă aceste particule folosesc energia mai repede decât o poate reumple câmpul, atunci nu se poate forma o gaură neagră (sau kügelblitz) doar cu lumină. Rezultatele au arătat că, chiar și în condiții extreme, lumina pură nu poate atinge niciodată nivelul de energie necesar pentru a forma o gaură neagră. Cercetătorii au descoperit că, chiar și folosind cele mai puternice lasere disponibile pe Pământ, suntem încă departe de a atinge intensitatea necesară pentru a crea un kügelblitz. Ei au descoperit că suntem la mai mult de 50 de ordine de mărime distanță de intensitatea necesară, ceea ce înseamnă că energia necesară ar fi de miliarde de ori mai mare decât ceea ce putem produce în prezent.
Această descoperire are implicații teoretice profunde și pune sub semnul întrebării modelele astrofizice și cosmologice care au presupus existența kügelblitze. Deși ideea găurilor negre formate doar din lumină este fascinantă, acest studiu arată de fapt că ele nu pot exista în Universul nostru atunci când luăm în considerare fenomenele cuantice. De asemenea, exclude posibilitatea de a studia găurile negre în laborator prin crearea lor prin concentrarea luminii. Cu toate acestea, studiul demonstrează că efectele cuantice pot fi integrate eficient în problemele care implică gravitația, oferind răspunsuri clare la întrebări științifice complexe.
Inspirați de aceste descoperiri, cercetătorii plănuiesc să continue să exploreze influența efectelor cuantice asupra diferitelor fenomene gravitaționale. Studierea proprietăților gravitaționale ale materiei cuantice ar putea dezvălui într-adevăr aspecte exotice ale spațiului-timp, cum ar fi gravitația respingătoare sau soluții exotice precum distorsiunea Alcubierre sau găurile de vierme traversabile.
