Περιγράφοντας μαύρες τρύπες με τη βοήθεια των fractals

Σύμφωνα με μία νέα έρευνα τα όρια μιας μαύρης τρύπας όταν αυτή «τρέφεται» με υλικό από το περιβάλλον της μοιάζουν με ένα ταραχώδες ρευστό που για την περιγραφή του επιστρατεύονται τα μαθηματικά αντικείμενα που ονομάζονται φράκταλς.Τα φράκταλς είναι συνυφασμένα με τη θεωρία του χάους και αποτελούν σύνολα που παρουσιάζουν μία φαινομενική εσωτερική δομή η οποία εκφράζεται μέσω ενός επαλαμβανόμενου μοτίβου. Εμφανίζονται συχνά στη φύση, σε φαινόμενα όπως ο κεραυνός, οι νιφάδες χιονιού, τα κύματα της θάλασσας ή η έλικα του DNA, ενώ βρίσκουν εφαρμογή και σε άλλους κλάδους όπως η τεχνολογία και η τέχνη.
Ο Άλαν Άνταμς όμως, καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο ΜΙΤ της Βοστόνης και οι συνάδελφοί του, ανακάλυψαν και μία αναπάντεχη συσχέτιση των φράκταλς με τη συμπεριφορά των μελανών οπών, οι οποίες είναι γνωστό πως μεγαλώνουν καταναλώνοντας το υλικό που τις περιβάλλει.
Για τη μελέτη του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, των ορίων δηλαδή που αν διασχίσει ένα σωματίδιο δεν έχει πιθανότητα να ξεφύγει από τη βαρύτητα της τρύπας, οι επιστήμονες επιστράτευσαν μία γνωστή δυαδικότητα μεταξύ των εξισώσεων που περιγράφουν τη βαρύτητα και αυτών της ρευστομηχανικής. 

Οι ερευνητές ενδιαφέρονταν συγκεκριμένα για το φαινόμενο του στροβιλισμού, το οποίο ανακύπτει πολύ συχνά σε περιπτώσεις που υπάρχει ροή ρευστού, όπως για παράδειγμα όταν προσθέτουμε γάλα στον καφέ μας, όταν παρατηρούμε το νερό που φεύγει από το νιπτήρα, ή κατά την εισροή υλικού στη μαύρη τρύπα.
«Έχουμε αυτή τη σχέση μεταξύ των ρευστών και των μελανών οπών και γνωρίζουμε πως τα ρευστά στροβιλίζονται, αλλά δεν είχαμε ιδέα τι σημαίνει αυτό για μία μαύρη τρύπα», εξηγεί ο καθηγητής Άνταμς.
Μοντελοποιώντας το πρόβλημα στους υπερυπολογιστές του πανεπιστημίου Χάρβαρντ και αφήνοντάς τη μαύρη τρύπα στο μοντέλο τους να εξελιχθεί, η ερευνητική ομάδα έδειξε πως σε βάθος χρόνου ο ορίζοντας γεγονότων απέκτησε άπειρη επιφάνεια.
«Αυτό είναι το σημάδι ενός φράκταλ: όσο εστιάζεις τόσο πιο λεπτομερές γίνεται το σχήμα και δείχνει να καταλαμβάνει περισσότερο χώρο. Το γεγονός και μόνο πως κοιτάς τον ορίζοντα μίας μαύρης τρύπας και θα δεις ένα φράκταλ εάν το υγρό στροβιλίζεται είναι μία ευχάριστη έκπληξη», υποστήριξε ο Άνταμς.
Για να είναι δυνατοί οι υπολογισμοί στην προσομοίωση χρειάστηκαν να γίνουν αρκετές απλοποιητικές παραδοχές στο μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε, συνεπώς για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων για τις πραγματικές μαύρες τρύπες θα χρειαστεί ακόμη χρόνος, σε κάθε περίπτωση όμως πρόκειται για ένα νέο πεδίο που ανοίγει ερευνητικές οδούς.

Πηγή: Ναυτεμπορική

http://www.newscientist.com/article/dn25472-turbulent-black-holes-grow-fractal-skins-as-they-feed.html

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.151602

του Έκτορα