November

Látott már kettő és félméteres puhatestűt?

Az univerzum nagy titka: fehér lyukak, ahol visszafelé megy az idő

Látott már kettő és félméteres puhatestűt?

Nem csak a T-rex és más, félelmetes ragadozók, hanem más állatok is szuper méretűre nőhettek a késő kréta időszakában. Ekkortájt érte el a tengeri puhatestűek egy típusának a mérete úgymond a csúcsot: a legnagyobb ammoniteszek átmérője elérte az akár kettő és fél métert is.

Tekintélyes méretükkel próbálták elkerülni, hogy zsákmányállattá váljanak

Az ammoniteszek kihalt tengeri állatok, a puhatestűek (Mollusca) törzsében a fejlábúak osztályába sorolt ammonoideák névadó alosztálya. Maradványaik kitűnő korjelzők, mivel egy-egy nemük általában legfeljebb 1-2 millió évig élt; evolúciójuk viszonylag gyors volt. Néhány példányuk azonban óriási méretűre nőtt, és a tudósok nagyon szerették volna megérteni, hogy pontosan miért.

A PLOS ONE tudományos szaklapban publikált tanulmányban a kutatók összesen 154 ammonitesz különböző méretű, megkövesedett maradványait vizsgálták. Christina Ifrim, a németországi Heidelbergi Egyetem paleontológusa által vezetett nemzetközi csapat úgy gondolja, hogy a kérdésre csak egy lehetséges válasz lehet: az állatok tekintélyes méreteik révén szerették volna elkerülni, hogy a félelmetes vízi moszaszauruszok zsákmányává váljanak.

Az evolúciós nyomás lenyűgöző jelenség: akkor fordul elő, amikor a populációt olyan stressz éri, amely befolyásolhatja a reproduktív sikert

– mutatott rá Christina Ifrim. Azok az egyedek, akiknek jellemzői a legalkalmasabbak a túlélésére, nagyobb valószínűséggel reprodukálják és továbbadják ezeket a tulajdonságokat az utódoknak.

Párhuzamosan nőttek méreteik a moszaszauruszokéval

Ahogy arra a szakemberek rámutattak, a Parapuzosia seppenradensis óriás ammoniteszről meglehetősen kevés információ áll a tudomány rendelkezésre, ezért nehéz volt összehasonlítani a Parapuzosia nemzetség más egyedeivel, mivel a fosszilis feljegyzések is ritkák.

Ifrim és munkatársai új tanulmányukban a Parapuzosia leptophylla és a Parapuzosia seppenradensis összes elérhető példányát tanulmányozták, beleértve a történelmi kövületeket, valamint rengeteg új mexikói és angliai kövületet. Előbbiek mérete 0,1 méter és 1,8 méter között változott.

A csapat végül arra a következtetésre jutott, hogy a P. seppenradensis a P. leptophylla-ból fejlődött ki, miután az utóbbi egy kis és korlátozott élőhelyről terjedt el Nyugat-Európa partjainál, egészen a Mexikói-öböl nyugati részéig.

Valamivel több mint 80 millió évvel ezelőtt a P. seppenradensis elkülönült ősétől, és olyan állattá fejlődött, amely sokkal nagyobbra tudott nőni – magyarázta Christina Ifrim. – A legnagyobb P. leptophylla mindössze 0,7 méter átmérőjű volt, ami még mindig nagy, de semmiben sem hasonlítható leszármazottjának hatalmas méretéhez.

És bár lehetetlen határozott állást foglalni arról, hogy miért is nőttek ilyen nagyra ezek a lények, de a tudósok szerint ebben egyrészt az éghajlatváltozás játszhatott szerepet, másrészt igencsak szembetűnő, hogy az ammoniteszek méretének növekedésével egy másik lény is egyre nagyobb méreteket öltött: a moszaszaurusz vízi hüllők nemzetsége.

Ezekről a vad lényekről, a kréta tengerek csúcsragadozóiról pedig közismert, hogy szívesen zsákmányoltak ilyen puhatestűeket.

Ám további elemzésekre van szükség annak kiderítéséhez, hogy a két faj vajon milyen szorosan kapcsolódott egymáshoz.

Az univerzum nagy titka: fehér lyukak, ahol visszafelé megy az idő

Egy új kutatás szerint az univerzum legkülönlegesebb objektumai, a fehér lyukak a rejtélyes sötét anyag alkotórészei lehetnek. Legalább is ezt írja tanulmányában a Baszk Egyetem két kutatója, Carlo Rovelli és Francesca Vidotto. A fehér lyukak a szupersűrű elfajult anyagból álló fekete lyukak ellentettjei. Amíg a fekete lyukak mindent elnyelnek, addig viszont a fehér lyukak mindent eltaszítanak, ami miatt a fehér lyukak eseményhorizontjába semmi sem tud belépni.

Kapu nyílhat egy másik univerzumba?

1916-ban amikor Ludwig Flamm osztrák fizikus átvizsgálta Karl Schwarzschild megoldását az Einstein mező egyenleteire – amely a fekete lyuk egy sajátos formáját, az úgynevezett Schwarzschild-féle fekete lyukat írja le –, felfedezte, hogy lehetséges másik megoldás is, ami a fehér lyuk jelenségét írja le.

Flamm azt is észrevette, hogy a két megoldás a téridő két különböző régióját írja le, amelyek – legalább is matematikailag – összekapcsolódhatnak egyfajta sajátos téridő-csatorna által, és hogy a fekete lyuk bejárata a fehér lyuk kijárata lehet ugyanannak az univerzumnak totálisan másik részében, vagy akár egy másik univerzumban. A fehér lyuk lényegében a fekete lyuk teoretikus, időbeli megfordítása.

Amíg a szupersűrű fekete lyuk iszonyatos gravitációs ereje miatt mindent beszippant ami átlépi az eseményhorizontját, addig a fehér lyuk mindent „kilő” a saját eseményhorozontjától.
Néhányan úgy vélik, hogy valamennyi fekete lyuk különleges „ikertestvére”, a másik oldalán található fehér lyuk, ami mindent, amit a fekete „testvére" beszippant, kifúj egy másik univerzumba.

E teória képviselői azt feltételezik, hogy az ősrobbanás is egy ilyen jelenség eredménye lehet.

Elméletileg teljesen el kellene tűnniük, ami viszont lehetetlen

1935-ben Einstein tovább kutatta a problémát Nathan Rosen-nel együtt, amelyre az Einstein-Rosen híd, vagy ismertebb nevén az úgynevezett féregjárat lett a megoldásuk. Az einsteini elmélet alapján elvileg minden fekete lyuk rendelkezhet féregjárattal.

2014-ben Carlo Rovelli a francia Aix-Marseille Egyetem elméleti fizikusa és kollégái felállítottak egy másik elméletet, amely szerint lehetséges, hogy a fekete és a fehér lyukak más módon kapcsolódnak össze: amikor a fekete lyuk „meghal”, egyszerűen fehér lyukká válik. A tanulmány szerint, amikor a fekete lyuk eléri azt az állapotot, amikor már nem tud tovább zsugorodni, mert a téridő nem nyomódik össze jobban, fehér lyuk formájában éled újjá.

Rovelli tehát azt állítja, hogy a fekete lyuk egy bizonyos állapot elérése után szükségszerűen fehér lyukká válik.

Fekete lyukak elsősorban a különösen nagy tömegű csillagok halálát okozó gravitációs összeomlás (gravitációs kollapszus) nyomán bekövetkező szupernóva-robbanás eredményeként keletkezhetnek.

Az 1970-es években Stephen Hawking elméleti alapon kiszámította, hogy minden fekete lyuknak olyan sugárzást kell kibocsátania, amellyel tömeget veszít.

Mindezek alapján azoknak a fekete lyukaknak, amelyek több tömeget veszítenek, mint amennyit nyernek, végül teljesen el kellene tűnniük, semmivé, matematikai ponttá kellene összezsugorodniuk, ami lehetetlen.

Rovelli és kollégái szerint azonban az anyagot vesztő fekete lyukak eltűnésének problémája áthidalható, ha a téridő-szövetet is kvantumnak tekintjük.

Az univerzum nagy rejtélye: a sötét anyag

A sötét anyag a tudomány egyik legnagyobb rejtélye. Nem tudni miből áll, hiszen láthatatlan, nem bocsát ki semmit, nem veri vissza a fényt, és nem is blokkolja azt. Az univerzumban való jelenlétét csak a normál anyagra gyakorolt gravitációs hatása mutatja ki.

Egyes feltételezések szerint lehetséges, hogy a sötét anyag az ősi tömegüket fokozatosan elvesztő fekete lyukak Planck-tömegű maradványának tekinthető.

A 1960-as 1970-es évek elméleti munkái azt sugallták, hogy fekete lyukak másodlagosan az ősrobbanásból is származhatnak, mivel a kezdeti forróságban fluktuálódott az anyagsűrűség,  és az univerzum  nagyon gyorsan inflálódott. Azok a fluktuációk pedig, amelyek az anyagot koncentrálták összeomolhattak, fekete lyukakat formálva.

Ezek az úgynevezett ősi fekete lyukak jóval kisebbek, mint a csillagtömegű fekete lyukak, és ezért már átalakulhattak fehér lyukakká.

Ma még uralkodónak számít a szkeptikus álláspont

Az univerzum hemzseg a fekete lyukaktól, és talán a fehér lyukaktól is. Vannak tudósok, akik kételkednek a fehér lyukak létezésében, de korábban így volt ez a fekete lyukakkal is. Rádióasztronómusok évtizedeken át észleltek fekete lyukba eső anyagtól származó jeleket anélkül, hogy tudták volna mit is figyelnek meg valójában. 1972-ben a Nobel-díjas fizikus, Steven Weinberg Gravitáció és Kozmológia (Gravitation and Cosmology) című könyvében még azt írta, hogy a fekete lyuk létezése nagyon is hipotetikus, és fekete lyukak eleve nem létezhetnek az univerzum bármely ismert objektumának a gravitációs mezejében.

Mint utóbb kiderült, tévedett a híres tudós. Ma már számos asztrofizikai bizonyítékkal rendelkezünk arra, hogy a Világegyetem szabályosan nyüzsög a fekete lyukaktól.

Bob Wald amerikai fizikus hasonlóképpen vélekedik a fehér lyukakról, mint korábban Weinberg tette azt a fekete lyukak létezésével kapcsolatban. Wald álláspontja szerint nincs okunk azt hinni, hogy az univerzum bármely régiója megfelelne egy fehér lyuknak. Tegyük hozzá, ma még ez számít domináns véleménynek.

A fehér lyukak feltárhatják, hogy mi történik a fekete lyuk belsejében

Világszerte számos kutatócsoport kezdte el azt a lehetőséget vizsgálni a közelmúltban, hogy a kvantummechanika csatornát nyithat-e fehér lyukak titkára. Az ég ugyanúgy nyüzsöghet fehér lyukaktól is, mint a fekete lyukaktól – vélik egyes tudósok. A fehér lyukak létezésének bizonyításával megoldhatóvá válna egy nagy rejtély, nevezetesen, hogy mi folyik a fekete lyukak belsejében.

A fekete lyuk körül kígyózó nagy mennyiségű anyag, – amit végül elnyel az égitest – észlelhető, de senki sem tudja, hogy mi történik a továbbiakban. A fekete lyukak Hawking-sugárzását, azaz tömegvesztését bizonyító eredmények új muníciót jelentenek a hipotézisnek, amely szerint a fehér lyuk a sötét anyag összetevője lehet, amit az elpárolgott fekete lyukak maradványai formálnak.

Kívülről megfigyelve, véges mennyiségű idő alatt a fekete lyukakat és fehér lyukakat nem lehet megkülönböztetni egymástól. A maximálisan kitágult Schwarzschild-megoldás ugyanannyi a fekete lyuknál és a fehér lyuknál is (A Schwarzschild-megoldás, vagy más néven Schwarzschild-metrika az általános relativitáselmélet egzakt megoldása, amely a pontforrás gravitációs terét írja le.)

Egy fekete lyuk halála ugyanúgy kvantumjelenség, mint ahogy a fehér lyuk is annak számít:

A fehér lyuk lényegében a fekete lyuk időbeli megfordítása.

Azaz egy fehér lyuk csak olyan kozmikus régióban születhet, ahol igen erősek a kvantumgravitációs jelenségek.

Amikor berobban a múlt, anyag bukkan elő az eseményhorizont mögül

A fehér lyukak fizikai létezése ellen felhozott egyik leggyakoribb tradicionális ellenvetés, hogy honnan is eredhetnek? A fentiek szellemében adott válasz szerint olyan régióból származnak, ahol a kvantumjelenségek dominálnak a gravitációs mező viselkedésében.

Ilyen régiók főleg a fekete lyukak élete végén jönnek létre, és az elmélet hívei szerint ezért hozhat létre fehér lyukat egy haldokló fekete lyuk.

Einstein általános reletivitáselmélete nem szabja meg az idő irányát, ezért ha egy gravitációs kollapszus során fekete lyuk keletkezik, amelyben eltűnik az anyag, ennek lehetséges a fordítottja is, a fehér lyuk, mert amikor a fehér lyuk „berobban” a múltba, anyag bukkan elő az eseményhorizont mögül.

A fehér lyuk tehát a fekete lyuk időbeli megfordítása; a jelenség a Világegyetem expanziójához hasonlítható.

Egy fekete lyuk – fehér lyuk életciklusának folyamata időben aszimmetrikus, az időskálát a fekete lyuk kezdőtömege és életideje – amit a Hawking-sugárzásból kiszámíthatunk – határozza meg.

Elvileg tehát kiszámítható, hogy a fekete lyuk mikor alakul át fehér lyukká, olyan objektummá, ami legalábbis elméletben visszafordítja az időt.

Viszont további kutatások szükségesek ahhoz, hogy  fényt derítsenek arra, mindezek ellenére az idő miért csak előre halad a látható univerzumban.