Roterande svarta hål kan göra Hyperspace Travel äntligen inom räckhåll

En av de mest omtalade science fiction-scenarierna använder ett svart hål som en portal till en annan dimension eller tid eller universum. Den fantasin kan vara närmare verkligheten än vad man tidigare föreställt sig.

Svarta hål är kanske de mest mystiska objekten i universum. De är följden av gravitationen som krossar en döende stjärna utan gränser, vilket leder till bildandet av en sann singularitet - som händer när en hel stjärna pressas ner till en enda punkt som ger ett objekt med oändlig densitet. Denna täta och heta singularitet stansar ett hål i tyget av rymdtid, möjligen öppnar ett tillfälle för hyperspace resor. Det vill säga en kortslutning genom rymdtid som tillåter att resa över kosmisk skala avstånd på kort tid.

Se också: Är hyperspace ren science fiction? Inte om du ser svårt på strängteori

Forskare trodde tidigare att rymdskepp som försöker använda ett svart hål som en portal av denna typ skulle behöva räkna med naturen på sitt värsta. Den heta och täta singulariteten skulle få rymdfarkosten att uthärda en följd av alltmer obekväma tidvattenssträckningar och klämma innan de förångas fullständigt.

Flyger genom en svart hål

Mitt team vid University of Massachusetts Dartmouth och en kollega vid Georgia Gwinnett College har visat att alla svarta hål inte skapas lika. Om det svarta hålet som Skytten A *, som ligger i mitten av vår egen galax, är stor och roterande, förändras utsikterna för en rymdfarkost dramatiskt. Det beror på att den singularitet som en rymdfarkost skulle behöva göra med är mycket mild och kan möjliggöra en mycket fredlig passage.

Anledningen till detta är möjligt att den relevanta singulariteten i ett roterande svart hål är tekniskt "svagt" och skadar således inte föremål som interagerar med det. Först kan detta faktum tyckas kontraintuitivt. Men man kan tänka på det som analog med den vanliga erfarenheten av att snabbt passera ett finger genom ett ljus nära 2 000 graders flamma utan att bli bränt.

Min kollega Lior Burko och jag har undersökt fysiken i svarta hål i över två decennier. I 2016, min Ph.D. student, Caroline Mallary, inspirerad av Christopher Nolans blockbuster-film Interstellär, fastställd för att testa om Cooper (Matthew McConaugheys karaktär) kunde överleva hans fall djupt in i Gargantua - ett fiktivt supermassivt, snabbt roterande svart hål omkring 100 miljoner gånger solens massa. Interstellär baserades på en bok som skrevs av Nobelprisvinnande astrofysiker Kip Thorne och Gargantuas fysiska egenskaper är centrala för den här Hollywood-filmen.

Mallary byggde på ett arbete som fysiker Amos Ori gjorde för två decennier tidigare och beväpnade med sin starka beräkningskunskaper. Mallary byggde en datormodell som skulle fånga de flesta av de väsentliga fysiska effekterna på ett rymdfarkoster eller något stort objekt som faller i en stor roterande svart hål som Skytten A *.

Inte ens en ojämn rida?

Vad hon upptäckte är att ett objekt som faller i ett roterande svart hål under alla förhållanden inte skulle uppleva oändligt stora effekter vid passage genom hålets så kallade inre horisontalitet. Detta är singulariteten att ett föremål som kommer in i ett roterande svart hål inte kan manövrera runt eller undvika. Inte bara det, under de rätta omständigheterna, kan dessa effekter vara försumbart små, vilket möjliggör en ganska bekväm passage genom singulariteten. Faktum är att det inte finns några märkbara effekter på det fallande objektet alls. Detta ökar möjligheten att använda stora roterande svarta hål som portaler för hyperspace-resor.

Mallary upptäckte också en funktion som inte var fullt uppskattad förut: det faktum att singularitetens effekter i samband med ett roterande svart hål skulle resultera i snabbt ökande cykler att sträcka och klämma på rymdfarkosten. Men för mycket stora svarta hål som Gargantua skulle styrkan av denna effekt vara mycket liten. Så rymdskepp och några personer ombord skulle inte upptäcka det.

Den avgörande punkten är att dessa effekter inte ökar utan bindning. Faktum är att de håller sig begränsade, även om stressen på rymdfarkosten tenderar att växa i obestämd tid när den närmar sig det svarta hålet.

Det finns några viktiga förenklande antaganden och resulterande försummelser i samband med Mallarys modell. Huvudantagandet är att det ifrågavarande svarta hålet är helt isolerat och således inte utsätts för konstanta störningar av en källa, såsom en annan stjärna i närheten eller till och med fallande strålning. Medan detta antagande möjliggör viktiga förenklingar är det värt att notera att de flesta svarta hålen är omgivna av kosmiskt material - damm, gas, strålning.

Se även: "Solo" gav ett namn till bränslet för hyperspace resor

Därför skulle en naturlig förlängning av Mallarys arbete vara att utföra en liknande studie i samband med ett mer realistiskt astrofysiskt svart hål.

Mallarys tillvägagångssätt att använda en datorsimulering för att undersöka effekterna av ett svart hål på ett objekt är mycket vanligt inom området för svarthålfysik. Naturligtvis har vi inte möjlighet att utföra verkliga experiment i eller nära svarta hål ännu, så forskare tillgriper teori och simuleringar för att utveckla en förståelse, genom att göra förutsägelser och nya upptäckter.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Gaurav Khanna. Läs den ursprungliga artikeln här.