2008.01.26. - Hogyan keressünk féreglyukakat?

Fekete lyukakat manapság már "könnyű" találni, hiszen gravitációs hatásukon kívül egyéb jelekkel - például kifúvások, akkréciós korongok - is elárulják magukat. De hogyan ismerjük fel a féreglyukakat?

Bár a fekete lyukak létezésének lehetősége már Laplace munkáiban (Exposition du Systeme du Monde, II. 305 [1789]; Allgemeine geographische Ephemeriden, 603 [1799], magyar fordítása: Fizika 1978, 273. o.) is felmerült, néhány évtizeddel ezelőttig ezek az egzotikus objektumok csupán elméleti fizikusok szűk körének matematikai "játékszerei" voltak. Az észlelési és detektálási technikák rohamos fejlődésének köszönhetően azonban ma már általánosan elfogadott, hogy sok galaxis központjában több millió naptömegű fekete lyuk foglal helyet, illetve az, hogy bizonyos tömeghatár feletti csillagok fejlődésének végállomása is ilyen - igaz, az előbbinél magyságrendekkel kisebb tömegű - objektum. A fekete lyukak a környezetükre gyakorolt gravitációs hatásuk, az általuk gerjeszett részecskesugárzások, anyagkifúvások (jet-ek), illetve a körülöttük lévő anyagbefogási korongok révén ismerhetők fel.

Féreglyuk, ahogyan a legtöbb (tudományos) fantasztikus filmben elképzelik.
[www.universetoday.com]

A féreglyukak a fekete lyukakhoz hasonlóan szintén az általános relativitás elméletéből következő matematikai (topológiai) objektumok, melyek a téridő két, esetenként egymástól távoli pontját kötik össze alagútszerűen. Az elképzelés Hermann Weyl német matematikustól, míg az elnevezés John Wheeler amerikai fizikustól származik, s azon az analógián alapszik, hogy egy féreg (kukac) is jelentősen lerövidítheti útját egy alma két pontja között, ha nem az alma felületén jut el A-ból B-be, hanem átrágja magát a gyümölcsön. A féreglyuk szájai közelében a téridő elkezd görbülni, a maximális görbületet a szájakat összekető torokban éri el. A féreglyukaknak több fajtája képzelhető el. Összeköthetik ugyanannak az univerzumnak két pontját, de funkcionálhatnak két párhuzamos univerzum közötti "kapuként" is. Ez utóbbiakat gyakran Schwarzschild-féle féreglyukaknak vagy Einstein-Rosen hidaknak is hívják. Ha a féreglyuk átjárható (traversable), akkor a torkon keresztül anyag juthat át az egyik szájból a másikba. A legtöbb, az átjárhatóságot megengedő matematikai megoldás feltétele egy hipotetikus anyagforma (exotic matter) létezése is a torok közvetlen környezetében, amelynek negatív az energiasűrűsége.

A fekete lyukaktól eltérően a féreglyukak létezésére ma még nincs észlelési bizonyíték. Alexander Shatskiy, a moszkvai Lebegyev Fizikai Intézet munkatársa felvázolt egy elképzelést, hogyan lehetne ezen objektumok hatását megfigyelni, illetve hogyan lehetne megkülönböztetni őket a fekete lyukaktól.

A féreglyukak a téridő két, egymástól egyébként távoli A és B pontját köthetik össze.
[www.universetoday.com nyomán]

A féreglyukak legjellemzőbb része az átjáró, a torok, melynek közelében a téridő görbülete nagyon nagy, eléri a hasonló tömegű fekete lyukak ún. eseményhorizontja körüli görbületét. Az eseményhorizont az a határ egy fekete lyuk körül, amelyen belüli események már nincsenek hatással a külvilágra. Az eseményhorizonton belülről indult fénysugár soha nem tud kijutni onnan, illetve az eseményhorizontot kívülről átlépő dolgok végleg elvesznek a külvilág számára. A fekete lyuk és a féreglyuk közötti legfontosabb különbség, hogy az utóbbinak nincs eseményhorizontja.

Ha anyagi részecskék át tudnak jutni a féreglyukon, akkor a fény, illetve bármely elektromágneses sugárzás is. Ezen alapul Shatskiy módszere, akinek vizsgálatai szerint egy egyenletes felületi intenzitást produkáló forrásból átjutott elektromágneses sugárzás intenzitásának a másik oldali száj körül jellegzetes szög szerinti eloszlása van. A szélén, a féreglyuk szájának megfelelő távolságnál nagy, a közepe felé egyre csökken az intenzitás, a centrumban, azaz a féreglyuk tengelyében pedig minimális, függetlenül a sugárzás hullámhosszától. Azaz a megfigyelő a féreglyuk körül egy fénygyűrűt láthatna, aminek külső széle éles, belső széle pedig fokozatosan halványul. A tengely irányában átláthatna a féreglyukon, s akár csillagokat figyelhetne meg az univerzum normál tartományaiból.

Féreglyukon átjutó fotonok szög, illetve a h ütközési paraméter szerinti eloszlása. Az ütközési paraméter a foton beesési irányának a féreglyuk tengelyétől mért távolsága.
[Alexander Shatskiy]

A féreglyukak által generált sugárzási gyűrűk megfigyelése ma még nem lehetséges, ehhez a maiaknál lényegesen jobb felbontású rádióinterferométerek kellenének, melyekkel részletesen lehet tanulmányozni olyan extrém területeket, például galaxismagokat, ahol elsősorban lehet számítani féreglyukak felbukkanására.

Természetesen nem szabad elfelejtkeznünk arról, hogy a féreglyukak létezésének elméleti lehetősége még nem jelenti azt, hogy valójában is léteznek. De ha léteznek is, valószínűleg nagyon instabil képződmények, így felhasználásuk bármilyen tér- vagy időbeli utazásra egyelőre a fikciók körébe sorolandó ...

Forrás:

• Universe Today 2008.01.21.
• arXiv:0712.2572v1 [astro-ph]