سیاه‌چاله‌ها یکی از آن پدیده‌های نادری هستند که قوانین علم را به چالش می‌کشند و با تناقض‌های بسیاری همراه هستند که غیرقابل حل به نظر می‌رسند. با این حال، یک مطالعه جدید نظریه‌ای را پیشنهاد می‌کند که می‌تواند هر آنچه را که درباره سیاه‌چاله‌ها می‌دانیم، تغییر دهد.

این مطالعه نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها در واقع ستارگان منجمد و بقایای نظری ستارگانی هستند که سرد شده‌اند و دیگر نور یا گرما ساطع نمی‌کنند.

ستاره‌های یخ‌زده که «کوتوله‌های سیاه»( black dwarf) نیز نامیده می‌شوند، مرحله نهایی چرخه زندگی یک ستاره را نشان می‌دهند.

به طور کلی، دانشمندان بر این باورند که تریلیون‌ها سال طول می‌کشد تا ستاره‌ها به مرحله «کوتوله سیاه» برسند و از آنجایی که جهان ما تنها ۱۳.۷ میلیارد سال سن دارد، هنوز هیچ ستاره منجمدی ندارد.

با این حال پژوهشگران در این مطالعه جدید، تجزیه و تحلیل دقیقی از شباهت‌های میان ستاره‌های یخ‌زده و سیاه‌چاله‌ها انجام دادند و کشف کردند که نظریه آنها بسیاری از تناقض‌های مرتبط با مدل سنتی سیاه‌چاله‌ها را حل می‌کند.

مشکل مدل فعلی سیاه‌چاله‌ها

وقتی صحبت از سیاه‌چاله‌ها می‌شود، جامعه علمی آنچه را که آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام خود در سال ۱۹۱۵ بیان کرد، دنبال می‌کند.

به گفته اینشتین، دو ویژگی اصلی در یک سیاه‌چاله وجود دارد. اول دارای یک نقطه با چگالی بی‌نهایت در مرکز خود است که به آن تکینگی(singularity) می‌گویند. دوم یک سیاه‌چاله یک افق رویداد دارد که به مرزی گفته می‌شود که به هیچ چیز، حتی نور اجازه فرار نمی‌دهد.

در حالی که این نظریه به طور گسترده پذیرفته شده است، اما با چالش‌های بزرگی نیز مواجه است. به عنوان مثال، مشاهدات در دنیای واقعی نشان می‌دهد که بی‌نهایت‌ها در طبیعت وجود ندارند و به همین دلیل است که همه چیز در فیزیک، متناهی در نظر گرفته می‌شود.

تناقض دیگر از «تناقض تابش استیون هاوکینگ» ناشی می‌شود که نشان می‌دهد سیاه‌چاله‌ها می‌توانند تابش ساطع کنند و به آرامی جرم خود را در طول زمان از دست بدهند که در نهایت منجر به تبخیر کامل آنها می‌شود. اما این چگونه ممکن است، چرا که اینشتین گفته است که هیچ چیز از سیاه‌چاله توانایی گریز ندارد.

همچنین اگر یک سیاه‌چاله تبخیر شود، ماده‌ای که سیاه‌چاله را تشکیل داده از بین می‌رود. با این حال، این ناقض قانون «پایستگی اطلاعات» است که بیان می‌کند که اطلاعات مانند ماده، نه می‌تواند ایجاد شود و نه از بین برود. «پایستگی اطلاعات» اساس مکانیک کوانتومی را تشکیل می‌دهد.

با این حال، به گفته نویسندگان مطالعه، همه این تناقض‌ها زمانی حل می‌شوند که سیاه‌چاله‌ها ستاره‌های منجمد در نظر گرفته شوند، یعنی اجرامی که هم فاقد تکینگی هستند و هم افق رویداد ندارند.

آیا سیاه‌چاله‌ها می‌توانند ستاره‌های یخ‌زده باشند؟

محققان در مطالعه خود نشان دادند که مقادیر نظری خواص ترمودینامیکی مانند آنتروپی و تابش حرارتی برای سیاه‌چاله‌ها شبیه به ستارگان منجمد است.

رامی بروستاین(Ramy Brustein) نویسنده ارشد این مطالعه جدید و استاد فیزیک در دانشگاه بن گوریون می‌گوید: ستارگان یخ‌زده نوعی تقلید کننده سیاه‌چاله‌ها هستند؛ اجرام فوق فشرده و اخترفیزیکی که عاری از تکینگی‌ها و فاقد افق هستند، اما می‌توانند تمام ویژگی‌های قابل مشاهده سیاه‌چاله‌ها را تقلید کنند.

بنابراین اگر سیاه‌چاله‌ها ستاره‌های منجمد هستند، به این معنی است که نقطه‌ای با چگالی یا تکینگی بی‌نهایت ندارند. این شرط نشان می‌دهد که آنها از همان قوانین مربوط به محدود بودن مانند اشیای دنیای واقعی پیروی می‌کنند.

به علاوه، فقدان افق رویداد نشان می‌دهد که تشعشعات و ذرات می‌توانند از مرز خود فرار کنند که با آنچه استیون هاوکینگ در مورد انتشار نور از سیاه‌چاله‌ها بیان کرد، مطابقت دارد و همسو است.

بروستاین می‌گوید: ما نشان داده‌ایم که ستاره‌های یخ‌زده چگونه به‌عنوان جاذب‌های تقریباً کامل عمل می‌کنند، اگرچه فاقد افق هستند و به عنوان منبع امواج گرانشی عمل می‌کنند. علاوه بر این، آنها همان هندسه خارجی مدل معمولی سیاه‌چاله‌ها را به دست می‌آورند و خواص ترمودینامیکی مرسوم آنها را بازتولید می‌کنند.

با این حال، این مطالعه دارای محدودیت‌های مختلفی نیز است. به عنوان مثال، اعتقاد بر این است که کوتوله‌های سیاه دارای یک ساختار داخلی هستند، در حالی که در مورد سیاه‌چاله‌ها چنین انتظاری وجود ندارد.

همچنین هیچ شواهد تجربی وجود ندارد که تأیید کند سیاه‌چاله‌ها واقعاً ستاره‌های منجمد هستند. بنابراین تحقیقات بیشتری برای تایید این فرضیه مورد نیاز است.

این مطالعه در مجله Physical Review D منتشر شده است.