Razele de lumină care provin de la galaxii îndepărtate în apropierea găurilor negre pot să se rotească în jurul acesteia de mai multe ori, datorită deformării spațiului și a timpului, astfel încât noi să vedem mai multe imagini ale aceleași galaxii.

Relativitatea generală a lui Einstein

Teoria relativității generale a lui Einstein leagă spațiul și timpul, geometria acestora, de conținutul de materie și energie din Univers. Această faimoasă teorie a fost verificată cu mare precizie în măsurători astronomice, dar și în laboratoarele noastre. Ba mai mult – o folosim în localizare, atunci când primim semnale de la sateliți, unde trebuie să se țină cont de faptul că gravitația este mai mică la nivelul sateliților decât pe Pământ. Teoria funcționează extrem de bine explicând de exemplu cum se propagă lumina în Univers: nu urmează o linie dreaptă ci o traiectorie care ține cont de geometria deformată a spațiului și a timpului în apropierea obiectelor cosmice. Există însă un caz limită: găurile negre, în interiorul cărora relativitatea generală nu mai funcționează.

Găurile negre

Găurile negre sunt obiecte din care nici măcar lumina nu poate ieși; gravitația este atât de intensă în interiorul acestora încât lumina „cade” înapoi în gaura neagră. Teoria relativității nu mai funcționează în interiorul acestor fascinante obiecte întrucât ne dă un infinit: o singularitate. Se caută deci o nouă teorie care să descrie ceea ce se întâmplă în găurile negre. Până când o vom găsi însă, găurile negre sunt studiate prin măsurători ale fenomenelor care le văd protagoniste, precum undele gravitaționale emise atunci când două găuri negre se ciocnesc, sau studiind lumina obiectelor înghițite de găurile negre. Există însă și o altă metodă de a studia atât găurile negre cât și obiectele a căror lumină trece prin apropierea acestora. Este vorba despre o deformare a geometriei spațiului și timpului în apropierea găurilor negre ce are ca efect faptul că lumina însăși face mai multe… ture în jurul găurii negre.

Lumina face mai multe ture în jurul găurii negre

În apropierea orizontului evenimentelor, acea graniță a găurilor negre pe care dacă ai trecut-o nu mai poți ieși, deformarea spațiului și a timpului este atât de intensă încât lumina care provine de la obiecte îndepărtate trecând pe acolo poate face mai multe ture în jurul găurii negre până când să își reia drumul. Din acest motiv putem vedea mai multe imagini ale unei galaxii, de exemplu. Când razele de lumină trec în apropierea găurii negre, în funcție de distanța față de aceasta, pot face o tură în jurul găurii negre sau mai multe ture, înainte să ajungă la noi.

Un calcul al fenomenului

Faptul că lumina poate face mai multe ture în jurul găurii negre era cunoscut; ba mai mult – se știa că dacă vrem să vedem o a doua imagine a aceluiași obiect trebuie să ne uităm de circa 500 de ori mai aproape de gaura neagră (statică)  – un calcul precis însă lipsea. Recent, într-un articol publicat în Scientific Reports a fost prezentat un calcul al acestui factor. Ba mai mult: pentru găurile negre care se rotesc imaginile succesive sunt obținute la distanțe mai apropiate de gaura neagră de doar 50, 5 sau chiar 2 ori (depinde de cât de rapidă este rotația).

Ce se poate face cu imaginea multiplicată?

Posibilitatea de a vedea mai multe imagini ale unei galaxii ne poate ajuta să înțelegem mai bine atât gaura neagră cât și galaxia care a produs lumina. Se poate de exemplu studia mai bine o supernovă – întrucât se văd imagini mai multe, întârziate în timp, ale acesteia. Acest lucru nu a fost încă observat experimental, însă astronomii speră ca în curând să poată observa imagini multiple ale obiectelor în apropierea unei găuri negre. În acest fel vom putea verifica teoria relativității generale a lui Einstein în condițiile extreme din apropierea unei găuri negre.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe