Egy féreglyukba spirálisan belezuhanó fekete lyuk összetéveszthetetlen gravitációshullám-mintázatot produkálna – jósolják amerikai asztrofizikusok. Ha ilyen hullámokat látnánk, az bizonyítaná az eddig csak feltételezett féreglyukak létezését, amelyek akár egy másik univerzumba is vezethetnek.

A féreglyuk a relativisztikus kozmológia állatkertjének egyik legfurcsább – és egyelőre csak hipotetikus – szörnyetege. A hivatalosan Einstein-Rosen hídnak nevezett, de az asztrofizikusok között is csak féreglyukként emlegetett spekulatív képződmény a téridő egymással nem érintkező pontjai között létesít összeköttetést, és az einsteini mezőegyenletek egy speciális megoldása megengedi a létezését. A féreglyukat úgy képzelhetjük el, mint egy alagutat, amelynek két végpontja a téridő távoli tartományaiba nyílik, ezért aki vagy ami áthalad rajta, az akár térben, akár időben, akár egyszerre mindkettőben nagyon máshol találhatja magát, mint ahonnan indult.  A féreglyuk két kijárata közti távolság lehet térben csak pár méter, de több milliárd fényév is, időben pedig ki tudja, mennyi. És ami még hátborzongatóbb: a féreglyuk túlvégén akár egy másik univerzumba is csöppenhetünk. 

Egy féreglyuk számítógépes illusztrációjaForrás: Science Photo Library via AFP

Így aztán ha bebizonyosodna, hogy a féreglyuk nemcsak valami fura hiba a matekban, hanem fizikai realitás, azzal egyszeriben az időutazás, az intergalaktikus kaland és az idegen univerzumok felkeresése a sci-fiből a valódi lehetőségek tartományába kerülne.

Egy sajátos hullámmintázatot kell megtalálni

A Sam Houston State University és a Vanderbilt University asztrofizikusai az arXiv.org online folyóiratban azt állítják: a válasz ott van kinn, csak meg kell hallani. 

Helyesebben az olyan gravitációshullám-detektorokkal, mint a LIGO és a Virgo, egy sajátos hullámmintázatot kell keresni, amely eltéveszthetetlenül vallana a féreglyukak létezésére. 

A szerzők modellje szerint egy fekete lyuk, amely spirális vonalban belezuhan egy féreglyukba, egészen sajátos hullámokat keltene a téridő szövetében, s ezeket a gravitációshullám-obszervatóriumoknak esélye lehet felfogni. A hullámok ismétlődő módon eltűnnének, majd újból visszatérnének, ahogy a fekete lyuk ide-oda jojózik a féreglyuk két vége között.

Egy fekete lyuk illusztrációjaForrás: NASA/JPL-Caltech

A féreglyukakra sok fizikus úgy gondol, mint egy negyedik térdimenzió „betüremlésére" a szokványos téridőnkbe, amely ily módon a kozmosz egymástól távoli pontjait, sőt, különböző univerzumokat is összeköthet. Kívülről egy féreglyuk hasonlít egy fekete lyukra, ám a viselkedésükben van egy lényeges különbség: ami a fekete lyukba zuhan, az örökké a foglya marad, viszont ami a féreglyukba esik, az ki tud jönni a túloldalon. 

A féreglyukak létezésére eddig nem sikerült kísérletes bizonyítékot találni. Ezek egyelőre csak spekulatív képződmények, nagy S-sel"  – erősítette meg William Gabella, a nashville-i Vanderbilt University fizikusa. Ha viszont léteznek, a kutatóknak most már van esélyük nyakon csípni őket, méghozzá az általuk keltett gravitációs hullámokon keresztül.

Csiripelő fekete lyukak

Gabella és munkatársai egy ötszörös naptömegű hipotetikus fekete lyukból indultak ki, amely nagyjából 1,6 milliárd fényévnyire a Földtől egy féreglyuk körül kering. Ahogy a fekete lyuk egyre közelebb hintázik a féreglyuk bejáratához, a kutatók számításai szerint egy idő után elkezd spirálisan befelé zuhanni, mintha csak egy másik fekete lyukkal alkotna párost. Az így fellépő gravitációs hullámok eleinte pont úgy néznének ki, mint egy feketelyuk-kettősrendszer szabványos hullámmintázata: a spirálisan egymás felé zuhanó fekete lyukak fokozódó frekvenciájú gravitációshullám-jelet keltenek, amit az asztrofizikusok csiripelésnek becéznek.

Forrás: LIGO

Azonban amikor a fekete lyuk eléri a féreglyuk középpontját – a „torkát" –, egyszeriben áthalad rajta.  A fizikusok azt az eshetőséget vették számításba, amikor a fekete lyuk a téridő egy távoli tartományában, jelesül egy másik univerzumban bukkan fel a túloldalon. Ebben az esetben az első univerzumban keltett gravitációs hullámok hirtelen elhalnak, miközben a második univerzumban a fekete lyuk mintegy kilő a féreglyuk torkából, mielőtt spirálisan visszazuhanna oda, majd végül újból visszatér az első univerzumba.

Újbóli feltűnésekor a fekete lyuk valószínűleg egy „anti-csiripelés" – a csiripeléssel ellentétes gravitációshullám-mintázat – kíséretében spirális pályán kifelé repülne a féreglyukból. Aztán visszaesne megint egy csiripelés kíséretében. És így tovább, a fekete lyuk ide-oda ingázna a két univerzum között, miközben periodikus csendekkel tagolt gravitációshullám-adagokat bocsátana ki.  A játék csak akkor érne véget, amikor minden energiáját gravitációs hullámok formájában elveszítve a fekete lyuk végleg megállapodna a féreglyuk torkában. 

Ezt a mutatványt két fekete lyukkal nem lehet előadni, úgyhogy egy ilyen mintázat félreérthetetlenül féreglyukra vallana  – jelentette ki a Dejan Stojkovic, a University at Buffalo in New York fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban. – Ezek a hullámok úgy virítanának, mint pipacs a zöld mezőben." 

Ha létezik féreglyuk, létezik negatív tömeg is

Az általános relativitáselmélet szerint, amely a gravitációt a téridő görbületeként írja le, a féreglyukak lehetségesek. Ha viszont tényleg észlelnénk egyet, az egyben bizonyíték lenne egy furcsa anyagfajta létezésére is, amit még a fizikusok sem értenek. Ennek az anyagnak negatív tömeggel kellene rendelkeznie, ugyanis ilyen anyag kell ahhoz, hogy a féreglyuk torka nyitva maradjon ahelyett, hogy magába roppanna. Ám negatív tömegű anyagot egyelőre senki sem ismer.

A LIGO detektorForrás: CALTECH/MIT/LIGO LAB

A LIGO gravitációshullám-detektor (egész pontosan: Lézer-Interferometriás Gravitációshullám-Obszervatórium) az USA-ban, a hasonló funkciójú Virgo pedig Olaszországban pásztázza a világegyetemet olyan gravitációs zavarok után kutatva, amelyeket fekete lyukak és a neutroncsillagnak nevezett szupersűrű csillagmaradványok keltenek. Ezek a nagy tömegű égitestek fokozódó iramban keringenek egymás körül, mielőtt összeolvadnának. A tudósok immár nagy tapasztalattal rendelkeznek az effajta egyesülések kimutatásában: 2015 óta több mint egy tucat bizonyított összeolvadást észleltek, és továbbiak várnak megerősítésre.

Az idő tehát megérett arra, hogy további, és még szokatlanabb hullámmintázatok után kezdjenek kutatni – vélekedik Vitor Cardoso, a lisszaboni Institute Superior Técnico fizikusa. – Ideje újabb furcsa, de izgalmas jeleket keresnünk."