Η ταινία Interstellar (διαστρικός) που παίζεται αυτή την εποχή στους κινηματογράφους είναι η συνέχεια μιας σειράς ταινιών του Xόλυγουντ που γυρίστηκαν τα τελευταία χρόνια (Gravity, Lucy κ.α) που ως δραματουργικό στοιχείο έχουν το ταξίδι του ανθρώπου στο διάστημα, την αστροφυσική και τα καταπληκτικά φαινόμενα που προβλέπει η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν σχετικά με το χώρο και το χρόνο. Σε παλαιότερες απόπειρες αμερικάνων σκηνοθετών να απεικονίσουν αστροφυσικά φαινόμενα που δεν έχουμε παρατηρήσει από κοντά, το βάρος έπεφτε κυρίως στα ειδικά εφέ και λιγότερο στην ρεαλιστική ή έστω επιστημονική προσέγγιση των ίδιων των φαινομένων. Τα τελευταία χρόνια όμως αυτό άλλαξε άρδην σηματοδοτώντας την ωριμότητα αλλά και την ανάγκη του κοινού να κατανοήσει την πραγματική φυσική πίσω από την εικόνα. Στην ταινία Interstellar οι παραγωγοί του φιλμ αποφάσισαν κάτι πρωτοπόρο. Μέλος της ομάδας ειδικών εφέ προσλήφθηκε ο Kip Thorne, διάσημος καθηγητής αστροφυσικής του πολυτεχνείου της Καλιφόρνια, ο οποίος εισήγαγε στους υπολογιστές των ειδικών εφέ σελίδες από μαθηματικές εξισώσεις και ύστερα από ώρες επεξεργασίας και υπολογισμών κατέληξε στην πραγματική εικόνα δύο φαινομένων που δεν έχουμε παρατηρήσει ποτέ : Της μελανής οπής (μαύρη τρύπα) και της γέφυρας Einstein – Rosen (σκουληκότρυπα).

Η μελανή οπή είναι το απομεινάρι ενός άστρου πολύ μεγαλύτερου από τον Ήλιο (με 15 έως 60 φορές περισσότερη μάζα) το οποίο ζει λίγο και πεθαίνει γρήγορα κι εντυπωσιακά. Αν η ζωή του Ήλιου θα διαρκέσει περίπου 10 δισεκατομύρια χρόνια, η ζωή ενός πολύ μεγαλύτερου άστρου διαρκεί πολύ πιο λίγο. Σε μερικά δεκάδες εκατομύρια χρόνια το γιγάντιο άστρο έχει κάψει γρήγορα όλα τα “καύσιμα” του με αποτέλεσμα να καταρρεύσει υπό το βάρος της ίδιας του της βαρύτητας προς το κέντρο του συμπυκνώνοντας την τεράστια ύλη του τόσο πολύ που ολόκληρος ο πυρήνας του να χωράει σε ένα μονάχα σημείο του χώρου που έχει άπειρη πυκνότητα. Γύρω από αυτό το σημείο δημιουργείται μια σφαιρική περιοχή με βαρύτητα τόσο κολοσιαία που ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει οπότε αυτή τη περιοχή τη βλέπουμε μαύρη. Αυτή είναι πολύ απλοϊκά η μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα λόγω της τεράστιας βαρυτικής έλξης που ασκεί γύρω της, παγιδεύει την ύλη που τυχαίνει να περνάει από κοντά της και την ρουφάει μέσα της, μέσα δηλαδή σε αυτή τη μαύρη σφαίρα που δεν μπορεί τίποτα να διαφύγει, και τελικά στο κέντρο της όπου βρίσκεται το σημείο που έχει καταρρεύσει ολόκληρο το άστρο. Όσο περισσότερη ύλη ρουφάει η μαύρη τρύπα τόσο μεγαλύτερη γίνεται η βαρύτητα της άρα τόσο μεγαλώνει κι η ακτίνα της μαύρης σφαίρας από την οποία δεν μπορεί να διαφύγει ούτε το φως. Γύρω από μια μαύρη τρύπα λοιπόν σχηματίζεται ένας δίσκος ύλης που έχει παγιδευτεί από τη βαρύτητα της και κινείται  με τεράστιες ταχύτητας σπειροειδώς προς το κέντρο της. Μέχρι πρότινος στα βιβλία φυσικής όλο αυτό το φαινόμενο απεικονιζόταν όπως στην εικόνα 1.

Γύρω όμως από μια μαύρη τρύπα συμβαίνουν πολύ περίεργα πράγματα. Για παράδειγμα, η βαρύτητα της είναι τόσο ισχυρή που στρεβλώνει τον ίδιο το χώρο και το χρόνο γύρω της. Το φως που περνάει δίπλα από μια μαύρη τρύπα (άρα μπορεί να της διαφύγει) καμπυλώνεται από την έλξη της με αποτέλεσμα να αλλοιώνεται η οπτική όπως την γνωρίζουμε. Επίσης ο χρόνος για κάποιον που είναι πιο κοντά σε μια μαύρη τρύπα από εμάς, κυλάει πιο αργά. Δύο δίδυμοι που ο ένας βρίσκεται κοντά σε μια μαύρη τρύπα ενώ ο άλλος μακρυά, αν κατάφερναν να ξανασυναντηθούν, θα διαπίστωναν οτι έχουν γεράσει με διαφορετικό ρυθμό. Ο ένας θα μπορούσε να ήταν γέρος ενώ ο άλλος νέος. Όλα αυτά που υπολογίζονται από την θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, έγιναν στα χέρια του καθηγητή Kip Thorne, η βάση πάνω στην οποία δημιουργήθηκε η πιο επιστημονική απεικόνιση της μαύρης τρύπας. Βλέποντας την οι αστροφυσικοί σκέφτηκαν κατευθείαν “ναι, έτσι θα έπρεπε να είναι”. Καθώς η ύλη που έχει παγιδευτεί, στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα με ολοένα μεγαλύτερες ταχύτητες, θερμαίνεται σε τεράστιες θερμοκρασίες με αποτέλεσμα να ακτινοβολεί φως (για τους φυσικούς : υπολογίστηκε και η ερυθρή μετατόπιση) δημιουργώντας ένα εξαιρετικά φωτεινό δίσκο γύρω της. Άρα τέρμα πια τα αραιά και αμυδρά νέφη της εικόνας 1, ο δίσκος πρέπει να λάμπει σαν άστρο. Κανονικά θα έπρεπε να μπορούμε να δούμε μονάχα το δίσκο μπροστά από τη μαύρη τρύπα καθώς το φως από πίσω από το δίσκο θα το κατάπινε. Η οπτική όμως γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι εντελώς διαφορετική εξαιτίας της καμπύλωσης των ακτίνων του φωτός.  Το φως που ακτινοβολείται προς τα πάνω ή προς τα κάτω από τον δίσκο τελικά καμπυλώνεται λόγω της βαρύτητας και φτάνει στα μάτια μας από την πάνω και κάτω μεριά της μαύρης τρύπας. Αυτό σημαίνει οτι μπορούμε να δούμε και το πίσω μέρος του δίσκου αλλά σαν να προέρχεται από πάνω και κάτω από τη μαύρη τρύπα.

Αντί λοιπόν για έναν φωτεινό δίσκο όπως τα δαχτυλίδια του Κρόνου, ο υπολογιστής έβγαλε μια καταπληκτική εικόνα. Στην αρχή οι σχεδιαστές νόμιζαν οτι πρόκειται για κάποιο λογισμικό λάθος, αλλά ο ίδιος ο Thorne επαλήθευσε οτι το αποτέλεσμα ήταν σύμφωνο με τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας. Αυτή είναι λοιπόν η μαύρη τρύπα όπως θα πρέπει να φαίνεται στη πραγματικότητα. Και το καταπληκτικό είναι οτι όλη αυτή η επιστημονική έρευνα έγινε για τις ανάγκες μια ταινίας!

Στις 29 Νοέμβρη στην Ασέα Αρκαδίας θα πραγματοποιηθεί παρατήρηση με τηλεσκόπια του χειμερινού ουρανού στον οποίο δεσπόζει ο ερυθρός υπεργίγαντας Μπετελγκέζ που σύντομα θα εκραγεί αφήνοντας στο κέντρο του μία μαύρη τρύπα.

Για τον σύλλογο αστροφυσικής Ασέας,

Δημήτρης Δημόπουλος Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, Φυσικός ΕΚΠΑ.

http://astroasea.weebly.com/