A kutatók feldfedezése alapján Einstein gravitációs elméletének bizonyos kvantumkorrekciói nagyon furcsává teszik a fekete lyukak egy speciális osztályát, az extrém Kerr fekete lyukakat. Ellentétben a tipikus fekete lyukakkal, ahol az árapály-erők csak a középpontban válnak végtelenné, ezek a korrekciók a szélsőséges fekete lyukak esetén végtelen árapály-erőt okoznak egészen az eseményhorizontig, ahol ennek a szokásos fizika szerint nem szabadna megtörténnie.

Eszerint tehát a fizika törvényei az extrém Kerr-fekete lyukak eseményhorizontjának közelében felborulhatnak, különösen olyan helyzetekben, amelyek nagyon nagy energiákkal és rövid távolságokkal járnak. Mindez kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban is, hogy az új fizika, amely esetleg a Planck-skálához kapcsolódik, képes-e feloldani ezeket a szokatlan szingularitásokat a fekete lyuk horizontján.

A fekete lyukak olyan régiók az űrben, ahol a gravitáció hihetetlenül erős, és mindent csapdába ejt, beleértve a fényt is. A Kaliforniai Egyetem–Santa Barbara, a Varsói Egyetem és a Cambridge-i Egyetem kutatói a fekete lyukak egy egyedülálló típusát, az úgynevezett extrém Kerr fekete lyukakat tanulmányozták. Ezek a fekete lyukak álló helyzetűek és töltetlenek, a belső és a külső horizontjuk egybeesik.

Egy korábbi tanulmányban a kutatók azt találták, hogy ezek a fekete lyukak, ha egy kozmológiai állandó befolyásolja őket, végtelen árapály-erőknek vetnek alá bármit, ami beléjük zuhan, lényegében összezúzva ezeket az objektumokat, még azelőtt, hogy elérnék a középpontot. Felfedezték azonban, hogy ha a kozmológiai állandó nulla, mint az az asztrofizikai forgatókönyvekben gyakran előfordul, ez a hatás eltűnik.

A kutatók ezután azt az elképzelést vizsgálták, hogy a kvantumkorrekciókkal rendelkező gravitációs elméletben a magasabb származékos tagok vezethetnek-e szingularitásokhoz az extrém fekete lyukak horizontján. Mint azt az egyik kutató, Gran Remmen elmagyarázta, az ötlet a közben született meg, hogy beszélgetésbe elegyedett a mostani tanulmány egy másik kutatójával:

“Horowitzcal beszélgetve, miután a fekete lyuk-horizont szingularitásairól szóló munkáiról beszéltem, megkérdeztem, hogy más hatások okozhatnak-e ilyen jelenségeket. Az effektív térelméletekkel (effective field theory/EFT-ekkel) kapcsolatos korábbi munkáim, különösen a kvantumkorrekciós fizikai modellek fejlesztése adták az ötletet. Horowitzcal beszélgetve azon töprengtem, vajon a gravitációs EFT-ben szereplő magasabb származékos tagok (azaz az Einstein-egyenletek kvantumkorrekciói) vezethetnek-e szingularitásokhoz a szélsőséges fekete lyukak horizontján.”

Az extrém fekete lyukak a lehető legnagyobb sebességgel forognak, és a számítások végül kimutatták, hogy ezek a kvantumkorrekciók egyedivé teszik a fekete lyuk horizontját: végtelen árapály-erők jelennek meg bennük, amelyek a középponttól egészen tehát a horizontig nyúlnak. A meglepő eredmény alapján a fekete lyukak horizontjához közeli téridő geometria érzékeny a magasabb energiájú új fizikára, ám még megdöbbentőbb, hogy ez az új fizika iránti érzékenység a részecskefizika standard modellje által generált együtthatók értékeinél is jelen van. Mint Remmen fogalmaz:

“Eredményeink meglepőek, mivel arra utalnak, hogy a fizika kisenergiájú leírása összeomolhat olyan helyzetben, ahol nem is gondolnánk, hogy ez megtörténik. A fizikában általában akad egyfajta „szétkapcsolás” a különböző távolságskálák között. Például nem kell ismernünk a vízmolekulák minden részletét a vízhullámok hidrodinamikával történő leírásához. A gyorsan forgó fekete lyukak esetében azonban pontosan ez történik (...)-

A jövőbeni munkákban azt tárjuk majd fel, hogy ezek a szingularitások feloldhatók-e az ultraibolya fizikával.”

(Kép: Flickr/Link Observatory Space Science Institute)