2. ΑΣΤΡΟνομία

2.    ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ

2.1. Η εσωτερική ενέργεια των αστέρων

Οι αστέρες μπορούν να παράγουν ενέργεια σε αρκετή ποσότητα, ώστε να είναι ικανοί να λάμπουν συνεχώς για εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια, χάρη στην ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Η απελευθέρωση της πυρηνικής ενέργειας, όμως, γίνεται εδώ με σταθερό ρυθμό και όχι εκρηκτικό, όπως στην έκρηξη της βόμβας υδρογόνου.

Κατά τον 19ο αι. οι φυσικοί Κέλβιν και Χέλμοτζ υποστήριξαν την υπόθεση της συστολής, σύμφωνα με την οποία θεώρησαν ότι η βαρύτητα είναι η κύρια πηγή ενέργειας των αστέρων, με αποτέλεσμα η συνεχόμενη συστολή του Ηλίου εξαιτίας της δική του βαρύτητας παράγει την ενέργεια που ακτινοβολείται στο διάστημα. Έχουμε, δηλαδή, διαδοχικά την εξής ακολουθία:

βαρυτική ενέργεια  κινητική ενέργεια  ενέργεια ακτινοβολίας ,

η οποία με βάση το ποσό της ενέργειας που φθάνει στη Γη (1,2 * 10⁴¹ erg / έτος) υπολογίστηκε ότι βοήθησε τον Ήλιο να λάμπει για 30 εκατομμύρια χρόνια. Αλλά, όταν αργότερα η ηλικία της Γης εκτιμήθηκε από τους γεωλόγους γύρω στα 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, συνειδητοποιήθηκε τότε ότι ανάλογη θα έπρεπε να είναι και η ηλικία του Ηλίου και επομένως έπρεπε να αναζητηθεί κάποια άλλη αιτία πέρα από την βαρύτητα, η οποία να εξηγεί τα τεράστια ενεργειακά του αποθέματα.

2.2. Η αστρική δομή – Το μοντέλο του Ηλίου

Κατά τον 20ο αι. ο Άγγλος αστρονόμος Έντινγκτον εξέφρασε, κατά την δεκαετία του 1920, τις καινούργιες ιδέες για την εσωτερική δομή των αστέρων με την μορφή των τεσσάρων εξισώσεων της αστρικής δομής:

α) η εξίσωση της υδροστατικής ισορροπίας (δηλ. η ισορροπία των αντίθετων δυνάμεων που ασκούνται αφενός από τις εσωτερικές πιέσεις των θερμών αερίων με τάση διαστολής και αφετέρου από την βαρύτητα με τάση συστολής),

β) η εξίσωση της σχέσης της μάζας με την πυκνότητα,

γ) η καταστατική εξίσωση (η οποία συνδέει την πίεση με την θερμοκρασία και την πυκνότητα) και

δ) η εξίσωση περιγραφής της σταδιακής απορρόφησης της εσωτερικής ακτινοβολίας καθώς διαδίδεται προς τα έξω.

Αργότερα, το 1938 ο Γερμανός Μπέθε προσέθεσε και με μια πέμπτη εξίσωση:

ε) η εξίσωση περιγραφής του ρυθμού παραγωγής ενέργειας στις αντιδράσεις σύντηξης (γεγονός που επιτρέπει μόνο σε ένα μικρό ποσοστό να μπορεί να διαφύγει από την επιφάνεια).

Έτσι, το μοντέλο του Ηλίου διαμορφώθηκε πλέον ως μια σφαίρα από αέρια με την πολύ υψηλή θερμοκρασία των 10 εκατομμυρίων ⁰C στο κέντρο της, η οποία προοδευτικά μειώνεται προς τα έξω και καταλήγει στους 5.500 ⁰C στην επιφάνειά της. Επομένως, οι εσωτερικές θερμοκρασίες είναι αρκετά υψηλές, ώστε να συντηρούν τις πυρηνικές αντιδράσεις με την σύντηξη των ελαφρών ατόμων.

Η αντίδραση σύντηξης έχει ως εξής:      4Η  Ηe + 2e⁺ + 2ν⁰ + ενέργεια , 

δηλαδή 4 πυρήνες (πρωτόνια) υδρογόνου ενώνονται και μετατρέπονται σε:

i) 1 πυρήνα ηλίου (το οποίο περιέχει 2 πρωτόνια + 2 νετρόνια), ii) 2 ποζιτρόνια, iii) 2 νετρίνα και iv) ενέργεια.

Οι απαιτήσεις για την λειτουργία ενός τέτοιου αντιδραστήρα σύντηξης είναι οι ακόλουθες: εάν θερμανθεί μια μικρή ποσότητα καύσιμου υλικού, δηλαδή του δευτέριου (βαρέος υδρογόνου), πάνω από την θερμοκρασία ανάφλεξής του, δηλαδή σε εκατοντάδες εκατομμύρια ⁰C, και το διατηρήσουμε ως την στιγμή έναρξης της σύντηξης, τότε απελευθερώνεται ενέργεια, η θερμοκρασία γίνεται υψηλότερη και στην συνέχεια ο αντιδραστήρας συνεχίζει να λειτουργεί πλέον από μόνος του.

2.3. Η γένεση και η εξέλιξη ενός αστέρα

Οι αστέρες, αρχικά, σχηματίζονται μέσα σε πυκνές συγκεντρώσεις μεσοαστρικών αερίων και σκόνης, τα μοριακά νέφη, περιοχές εξαιρετικά κρύες, προστατευόμενες από σκοτεινά νέφη, επιτρέποντας έτσι σε μόρια να δομηθούν, μακριά από την διαλυτική επίδραση των φωτονίων, κάτω από την συσσώρευση αερίων σε υψηλές πυκνότητες που προκαλεί εκεί το φοβερό κρύο. Όταν τα πυκνότερα τμήματα στους πυρήνες των νεφών, κυρίως υδρογόνου, καταρρεύσουν λόγω του βάρους τους, τότε σιγά σιγά αποκτούν δική τους ταυτότητα και βαρύτητα και μετά από 10 περίπου εκατομμύρια χρόνια γίνονται σταθεροί σωροί που περιέχουν μόνο το 1% από την τελική μάζα τους, αλλά μεγαλώνουν συνεχώς έλκοντας υλικό από γύρω τους. Έπειτα από μερικά ακόμα εκατομμύρια χρόνια, όταν η θερμοκρασία ανέβει στους 3 εκατομμύρια ⁰C και η μάζα φθάσει στο 8% της μάζας του Ηλίου, ξεκινά η θερμοπυρηνική σύντηξη στο κέντρο τους, οπότε παράγεται ισχυρός αστρικός άνεμος που σταματά την ενσωμάτωση νέας μάζας από το περιβάλλον και ο νέος αστέρας είναι έτοιμο να ακολουθήσει την εξελικτική του πορεία με σταθερή μάζα.

Η δομή ενός αστέρα καθορίζεται και από μια άλλη ισορροπία: η ποσότητα ενέργειας που δημιουργείται στο εσωτερικό του πυρήνα του πρέπει να βγαίνει ολόκληρη προς τα έξω με την μορφή της ακτινοβολίας. Επειδή, όμως, το καύσιμο του αστέρα, το υδρογόνο, καίγεται και παράγει επίσης το στοιχείο ήλιο, το οποίο συσσωρεύεται στο κέντρο του, αλλά δεν αποτελεί πυρηνικό καύσιμο στις συγκεκριμένες θερμοκρασίες και γι’ αυτό η στάχτη του ολοένα και πυκνώνει. Έτσι, ο πυρήνας ψύχεται αλλά δεν συστέλλεται λόγω της υψηλής εσωτερικής πίεσης, ενώ ο αστέρας συνεχίζει να εκπέμπει ακτινοβολία.

Ο ρόλος της βαρύτητας στις εξισώσεις της αστρικής δομής είναι σημαντικότατος. Στην πορεία της αστρικής εξέλιξης η διαδικασία της διαστολής και της συστολής συνεχίζεται αέναα. Ο χρόνος ζωής ενός αστέρα είναι συνάρτηση της μάζας του, καθώς από αυτήν εξαρτώνται τόσο ο ρυθμός της απώλειας ενέργειας λόγω της ακτινοβολίας του όσο και το απόθεμα πυρηνικών καυσίμων του π.χ. ο Ήλιος έχει διάρκεια ζωής περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ ένας αστέρας με μεγαλύτερη μάζα, έστω 3 Μο (ηλιακές μάζες), έχει μικρότερη διάρκεια ζωής,  δηλ. 1 δισεκατομμύριο χρόνια, κοκ.

Σε κάθε αστέρα, όταν συμβεί να εξαντληθεί το απόθεμα πυρηνικών καυσίμων, τότε ο πυρήνας του συστέλλεται. Εάν έχει μάζα μικρότερη από 1,2 φορές την μάζα του Ηλίου, τότε η ακτίνα του σταθεροποιείται σε μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα και μετατρέπεται σε λευκό νάνο, ενώ η ψύξη του συνεχίζεται μέχρις ότου να καταλήξει σε μαύρο νάνο χωρίς να αλλάξει το μέγεθός του.

Εάν, όμως, ο αστέρας αυτός έχει μάζα μεγαλύτερη από 1,2 Μο, τότε η συστολή του πυρήνα δημιουργεί μια τέτοια πυκνότητα, ώστε αρχίζει να θερμαίνεται ώσπου να φθάσει σε μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία, για να τεθεί και πάλι σε εκκίνηση η διαδικασία της σύντηξης με μια σειρά από συνεχώς βαρύτερους πυρήνες:

ήλιο  άνθρακας  οξυγόνο  νέο  πυρίτιο  σίδηρος .

Σε κάθε στάδιο αυτής της διαδικασίας το εξωτερικό τμήμα του αστέρα διαστέλλεται για να διατηρήσει την ισορροπία. Μετά όμως από το στάδιο του σιδήρου δεν παράγεται άλλη ενέργεια από σύντηξη, η θερμοκρασία του πυρήνα φθάνει στους 10 δισεκατομμύρια ⁰C και επειδή η βαρύτητα δεν μπορεί να συγκρατήσει την τεράστια πίεση, η αστάθεια είναι τόσο μεγάλη, ώστε προξενεί την ανατίναξη του εξωτερικού τμήματος. Είναι η αστρική καταστροφή που εμφανίζεται κατά την έκρηξη ενός υπερκαινοφανή ή σουπερνόβα αστέρα, η οποία εξακοντίζει κοσμική ακτινοβολία σε τεράστιες αποστάσεις στο διάστημα. Η έκρηξη ενός σουπερνόβα, στην συνέχεια, μπορεί να προκαλέσει συστολή σε ένα κοντινό αεριώδες νεφέλωμα και να συμβάλει μάλιστα κατόπιν στην γέννηση ενός νέου αστέρα, πράγμα που πιθανόν να συνέβη και με την δημιουργία του δικού μας ηλιακού συστήματος.

Όταν, όμως, συμβεί αυτή η έκρηξη και ο αστέρας αποβάλει το εξωτερικό του κέλυφος, τότε αυτός αρχίζει να συστέλλεται δραματικά και μετατρέπεται τελικά σε αστέρα νετρονίων. Αποκτά τεράστια πυκνότητα, εκατομμύρια δισεκατομμυρίων μεγαλύτερου του νερού, ενώ μπορεί π.χ. να έχει ακτίνα μόλις 16 km και μάζα ίση με αυτή του Ηλίου. Μοιάζει γενικά με τον «πυρήνα ενός ατόμου» με διάμετρο λίγων χιλιομέτρων! Βρέθηκε πως κοντά στην επιφάνειά τους υπάρχουν ενεργές περιοχές που εκπέμπουν πολύ στενές δέσμες ραδιοκυμάτων. Οι δέσμες αυτές λόγω της περιστροφής του αστέρα λειτουργούν σαν περιστρεφόμενοι προβολείς που ανιχνεύουν τον ουρανό. Οι αναλαμπές της ραδιοακτινοβολίας των πάλσαρ, όπως ονομάσθηκαν αυτοί οι αστέρες, διαδέχονται η μία την άλλη σε ρυθμό περίπου ενός δευτερολέπτου και από την περίοδο περιστροφής τους διαπιστώνεται ότι η διάμετρος αυτών των αστέρων είναι το πολύ μερικές δεκάδες χιλιόμετρα. Οι πάλσαρ περιστρέφονται τόσο γρήγορα, επειδή σύμφωνα με τον νόμο διατήρησης της στροφορμής, όσο ελαττώνεται το μέγεθός τους λόγω της συστολής τους τόσο πρέπει να αντισταθμίσουν με μια ταχύτερη περιστροφή την διατήρηση της στροφορμή τους. Είναι το τελικό στάδιο της ενεργού ζωής ενός αστέρα με σχετικά μικρή μάζα.

Γενικότερα, ανάλογα με την μάζα του αστέρα συμβαδίζει και το μέλλον του, καθώς:

1. οι μικροί αστέρες, σαν τον Ήλιο:

α) ζουν μια μεγάλη ήπια και σταθερή ζωή της τάξης των 10 δισεκατομμυρίων ετών και πάνω,

β) όταν τελειώσουν τα καύσιμά τους, διογκώνονται και μετατρέπονται σε ερυθρούς γίγαντες,

γ) εκτοξεύουν ήπια τα εξωτερικά τους στρώματα στο διάστημα καθώς ψύχονται (πλανητικό νεφέλωμα),

δ) μετατρέπονται σε πυκνούς νάνους που κρυώνουν συνεχώς και

ε) καταλήγουν σε καφέ νάνους και τελικά σε μαύρους νάνους.

2. οι μεγάλοι αστέρες:

α) ζουν τόσο λιγότερο όσο μεγαλύτερο μέγεθος έχουν,

β) όταν τελειώσουν τα καύσιμά τους, μετατρέπονται σε ερυθρούς νάνους,

γ) εκτοξεύουν τα εξωτερικά τους στρώματα στο διάστημα καθώς ψύχονται,

δ) έπειτα η βαρυτική ενέργεια αναφλέγει βίαια τα πυρηνικά τους καύσιμα, οι αστέρες διαλύονται σε μια κολοσσιαία έκρηξη και

ε) καταλήγουν σε αστέρες νετρονίων, αν είναι μεσαίοι σε μέγεθος, διαφορετικά, αν είναι μεγαλύτεροι, σε μαύρες οπές (βλ. κεφ. 2.7).

2.4. Η παλιρροϊκή δύναμη και διάσπαση των αστέρων

Εξαιτίας του φαινομένου της παλίρροιας στους ωκεανούς της Γης, καθιερώθηκε ο όρος παλιρροϊκή δύναμη για να περιγράψει αυτό τον μηχανισμό μεταφοράς ενέργειας, λόγω της βαρύτητας, από ένα αστέρα σε κάποιον άλλο. Η δύναμη αυτή είναι υπεύθυνη και για την πλάτυνση που παρατηρείται γύρω από τον Ισημερινό της Γης λόγω της βαρυτικής επίδρασης της Σελήνης.

Υπάρχει, όμως, ένα όριο, το όριο Roche, πέρα από το οποίο η δύναμη αυτή διασπά τους αστέρες και τότε αναφερόμαστε στην παλιρροϊκή διάσπαση, όπως συμβαίνει με τους διπλούς αστέρες, ένα δυαδικό σύστημα αστέρων όπου ο ένας γυρνά γύρω από τον άλλον με τις ελλειπτικές τροχιές τους γύρω από το κοινό κέντρο μάζας τους. Έτσι, αν ένας από αυτούς μεγαλώσει τόσο, ώστε να ξεπεράσει τον λεγόμενο λοβό Roche, τότε η παλιρροϊκή δύναμη του άλλου αστέρα θα αρχίσει να διασπά τον πρώτο.

2.5. Η βαρυτική ακτινοβολία

Στην θεωρία του Αϊνστάιν μπορούμε να μιλάμε για βαρυτική ακτινοβολία, όπως μιλάμε για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, επειδή οι αστέρες καθώς γυρίζουν ο ένας γύρω από τον άλλον προκαλούν διαταραχές στην γεωμετρία του χωρόχρονου, οι οποίες διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις με την ταχύτητα του φωτός. Όμως, η  βαρυτική ακτινοβολία είναι τόσο ασθενής, ώστε παραμένει πολύ πέρα από τις δυνατότητες των εργαστηρίων για να ανιχνευθεί (έμμεση ένδειξη γι’ αυτήν θεωρείται η κίνηση του διπλού πάλσαρ PSR 1913+16).

2.6. Το φράγμα βαρύτητας

Σε κάθε ουράνιο σώμα υπάρχει το φράγμα της βαρύτητας, δηλαδή για να μπορέσει ένα αντικείμενο να ξεφύγει από την βαρυτική έλξη του πρέπει να επιτύχει την αναγκαία ταχύτητα διαφυγής η οποία είναι χαρακτηριστική για κάθε σώμα:

υ = √(2 * G * M) / R  (όπου G = σταθερά της βαρύτητας),  

π.χ. για την Γη απαιτούνται 11,2 km/sec ή 40.000 km/h.

Όμως, η ταχύτητα διαφυγής είναι εξαιρετικά μεγάλη στην περίπτωση ενός αστέρα νετρονίων. Σ’ αυτή την περίπτωση, εάν ένα τέτοιο σώμα έχει ακτίνα  (λέγεται βαρυτική ακτίνα ή ακτίνα Schwarzschild):

R_s = 2 * G * Μ / c² ,

τότε η ταχύτητα διαφυγής ισούται με την ταχύτητα του φωτός c, π.χ. στην περίπτωση της Γης το μήκος της ακτίνας της πρέπει να συρρικνωθεί στο 1cm περίπου, ενώ για τον Ήλιο πρέπει να συρρικνωθεί στα 2km περίπου! 

Άρα, αμφιβάλλουμε αν ακόμη και το φως μπορεί να ξεφύγει από την επιφάνεια ενός τέτοιου σώματος, το οποίο δεν μπορεί να παρατηρηθεί από τους αστρονόμους παρά μόνο να αποκαλυφθεί χάρη στην ισχυρότατη βαρύτητά του.

2.7. Η θεωρία της μαύρης οπής

Πρώτοι συνέλαβαν την ιδέα αυτή για την ύπαρξη τέτοιων αόρατων αστέρων ο Γάλλος μαθηματικός Λαπλάς το 1799 αλλά και ο Άγγλος γεωλόγος Μίτσελ το 1784. Ένα τέτοιο σώμα ονομάζεται μαύρη οπή και αποτελεί μια μεγάλη συγκέντρωση ύλης σε μικρό χώρο από τον οποίο δεν υπάρχει τρόπος διαφυγής. Είναι ένα αντικείμενο του οποίου η βαρυτική έλξη είναι τόσο ισχυρή, ώστε καμπυλώνει τον χώρο, στρεβλώνει τον χρόνο και δεν αφήνει ούτε καν το φως να δραπετεύσει από την επιφάνειά του. Στο εσωτερικό της οι ιδιότητες του χώρου και του χρόνου περιδινούνται σχηματίζοντας ένα είδος χωνιού, όπου στο εσωτερικό του υπάρχει ένα όριο, πέρα από το οποίο ο χώρος και ο χρόνος διασπώνται σε κβάντα. Είναι μια βαρυτική άβυσσος της μη διαφυγής…

2.8. Η βαρυτική κατάρρευση

Στον αστέρα νετρονίων δεν γίνεται καμιά θερμοπυρηνική αντίδραση, γιατί δημιουργείται προς το τέλος της κανονικής ζωής ενός αστέρα, όταν δηλαδή εκρήγνυται ως υπερκαινοφανής. Μετά από την έκρηξη αυτή παραμένει ως υπόλειμμα ο θερμός πυρήνας του, ο οποίος στην συνέχεια συστέλλεται και η ύλη του έχει ουσιαστικά την μορφή νετρονίων, τα οποία είναι «στοιβαγμένα» το ένα επάνω στο άλλο: 10³⁹ νετρόνια ανά cm³. Η πίεση στο εσωτερικό του προσπαθεί να τον διατηρήσει σε ισορροπία, αλλά υπάρχουν όρια για το βάρος που μπορεί να αντέξει αυτή την πίεση: αν η μάζα του είναι περίπου 3πλάσια της μάζας του Ηλίου (3 Μο), τότε η πίεση είναι ανίσχυρη μπροστά στην δύναμη της βαρύτητας.

Σ’ αυτή την περίπτωση ο αστέρας συστέλλεται συνεχώς μέχρις ότου μεταβληθεί σε μαύρη οπή. Η τάση του δηλαδή για συστολή αυξάνει όσο συνεχίζει να συστέλλεται, ενώ η κατάσταση αυτή ονομάζεται βαρυτική κατάρρευση: από τον αρχικό ήπιο ρυθμό συστολής ο αστέρας συνεχίζει με μια καταστροφική εσωτερική ρήξη, ενδόρρηξη, στην διάρκεια της οποίας η βαρύτητα γίνεται τόσο ισχυρή ώστε τίποτε πια δεν μπορεί να εμποδίσει την κατάρρευση του αστέρα. Αν, λοιπόν, ένα σώμα συμπιεσθεί μέχρι το μέγεθος της βαρυτικής ακτίνας του, η υπόλοιπη συμπίεση θα γίνει… από μόνη της. Αυτή η διαδικασία υπολογίσθηκε πρώτα από τους Αμερικανούς φυσικούς Οππενχάιμερ και Σνύντερ το 1939 προβλέποντας την πιθανότητα να παράγει μια μαύρη οπή. Από αυτή την σκοπιά, μια μαύρη οπή μπορεί να παραχθεί τεχνητά, αλλά βέβαια η προσπάθεια αυτή θα συναντήσει τεράστιες τεχνικές δυσκολίες.

2.9. Η βαρυτική μετατόπιση του φάσματος

Σύμφωνα με την γεωμετρία του χωρόχρονου γύρω από ένα συμπαγές σφαιρικό σώμα (πεδίο Schwarzschild), όταν δύο παρατηρητές Α και Β στέλνουν μεταξύ τους σήματα σε κανονικά διαστήματα, π.χ. σήματα ανά 1 sec σύμφωνα με το ρολόι του καθενός, τότε, επειδή η γεωμετρία δεν είναι η ευκλείδεια, παρατηρείται μια διαφορά ανάμεσα στην μετάδοση αυτών των σημάτων από τον Β στον Α, ας πούμε (1+z) sec, όπου z είναι η κλασματική αύξηση. Τα μήκη κύματος των δύο παρατηρητών θα είναι: λ_Α = (1+z) * λ_Β. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στην βαρυτική δράση του συμπαγούς σώματος και το z ονομάζεται βαρυτική μετατόπιση του φάσματος προς το ερυθρό με εξίσωση:

z = (G * Μ) / (c² * R)

Όσο ο αστέρας συστέλλεται, μικραίνει η ακτίνα του, οπότε αυξάνεται η τιμή του z.

Όσο, όμως, ελαττώνεται η ακτίνα σε έναν αστέρα που καταρρέει, τόσο ισχυρότερες είναι οι επιδράσεις της βαρύτητας που αντιμετωπίζει και η εξίσωση γίνεται πλέον πολύπλοκη: 

z =  -1 + 1 / √( 1 - [2 * G * M / c² * R]) .

Σ’ αυτή την περίπτωση η μετατόπιση του φάσματος προς το ερυθρό οφείλεται και στην βαρύτητα, όπως αναλύθηκε ανωτέρω, αλλά και στο φαινόμενο Doppler (όταν παρατηρείται παρόμοια μετατόπιση του φάσματος προς το ερυθρό, καθώς ένα αντικείμενο απομακρύνεται από έναν παρατηρητή). Η γενική εξίσωση της μετατόπισης του φάσματος δίνεται ως εξής:

z = (1 + z_c) (1 + z_d) (1+ z_s) ,

όπου o δείκτης c δηλώνει cosmological (κοσμολογική μετατόπιση προς το κυανό, λόγω της διαστολής του σύμπαντος), ο δείκτης d δηλώνει doppler (μετατόπιση προς το ερυθρό) και ο δείκτης s δηλώνει schwarzschild (μετατόπιση προς το ερυθρό).

2.10. Ο ορίζοντας γεγονότων

Όταν, λοιπόν, η ακτίνα R του αστέρα που καταρρέει γίνει ίση με την βαρυτική ακτίνα R_s, τότε το z γίνεται άπειρο ή αλλιώς το (1 + z) γίνεται άπειρο. Επομένως, όταν ο παρατηρητής Β μπει στην «σφαίρα του Schwarzschild», όπως λέγεται όταν η σφαίρα έχει ακτίνα R = R_s, τότε δεν θα φθάσει ποτέ το σήμα του στον Α, δηλαδή ο Α θα περιμένει αιώνια να δεχθεί το επόμενο σήμα, γιατί η επιφάνεια της σφαίρας ακτίνας R_s δημιουργεί έναν ορίζοντα γεγονότων. Οτιδήποτε και αν συμβεί στο εσωτερικό αυτού του ορίζοντα, θα είναι αδύνατο να παρατηρηθεί από έναν εξωτερικό παρατηρητή, όπως τον Α.

2.11. Οι βασικές ιδιότητες της μαύρης οπής

Αυτό ακριβώς συμβαίνει και με μια μαύρη οπή: είναι πρακτικά αόρατη για έναν παρατηρητή, τύπου Α, επειδή η βαρυτική μετατόπιση του φάσματος προς το ερυθρό δρα με τέτοιο τρόπο, ώστε να μειώνει δραστικά την λαμπρότητα του αστέρα, οπότε ο παρατηρητής αυτός δεν θα μπορέσει ποτέ να δηλώσει ότι είδε τον σχηματισμό μιας μαύρης οπής, για όσο τεράστιο χρονικό διάστημα και αν περιμένει. Έμμεσα, όμως, μπορούμε να πούμε προσεγγιστικά ότι ένας αστέρας φαίνεται στο τηλεσκόπιο σχεδόν μαύρος, πριν ακόμη φθάσει στο επίμαχο σημείο, και επομένως τείνει να γίνει μαύρη οπή. Παρόμοια ένδειξη μπορούμε να έχουμε, αν τυχόν π.χ. ο αστέρας αυτός είχε πλανήτες, οπότε θα συνεχίζουν να κινούνται γύρω του επάνω στις αρχικές τους τροχιές, γεγονός το οποίο θα αποτελεί ένδειξη της βαρύτητας αυτού του κατά τα άλλα αόρατου αστέρα. Η μαύρη οπή για τον παρατηρητή Α διατηρεί μόνο 3 πληροφορίες: την μάζα, την στροφορμή και το ηλεκτρικό πεδίο της (που είναι σχετικά ασήμαντο για τα ουράνια σώματα). Όλες οι πληροφορίες για τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά της γνωρίσματα, π.χ. τον μαγνητισμό της, έχουν εξαφανιστεί για πάντα. Έτσι, όλες οι μαύρες οπές που έχουν για παράδειγμα ίδια μάζα, είναι πιστά αντίγραφα η μια της άλλης, έχουμε δηλ. να κάνουμε με μια απρόσωπη κατάσταση, μια εξαφάνιση ιχνών, για κάθε μαύρη οπή.

Αντίθετα, ενώ ο παρατηρητής Α πρέπει να περιμένει για πάντα για να πάρει το σήμα του Β, από την άλλη πλευρά ο Β δεν έχει την παραμικρή αίσθηση για το πόσο αργά περνάει ο χρόνος, επειδή σύμφωνα με την θεωρία του Αϊνστάιν ο χρόνος μέσα σε ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο κυλάει πιο αργά (π.β. το ανάλογο με την ψύξη που μπορεί να επιβραδύνει χημικές αντιδράσεις, ενώ η θέρμανση να τις επιταχύνει). Σύμφωνα με το δικό του ρολόι η διέλευση του Β από τον ορίζοντα γεγονότων διαρκεί πολύ λίγο, π.χ. για την βαρυτική κατάρρευση του Ηλίου θα διαρκούσε 29 λεπτά, ενώ για ένα αστέρα νετρονίων ένα δεκάκις χιλιοστό του δευτερολέπτου. Παράλληλα, οι παλιρροϊκές δυνάμεις γίνονται τόσο ισχυρές, ώστε τείνουν να παραμορφώσουν τον παρατηρητή Β τεντώνοντάς τον καταστροφικά κατά την διεύθυνση της ακτίνας του αστέρα. Η κατάσταση γίνεται δραματική, όταν ο αστέρας συρρικνωθεί σε σημειακό σώμα: αυτό είναι το τέλος του αστέρα, όπως και του παρατηρητή Β. Γύρω από τον αστέρα αυτό ο χωρόχρονος έχει άπειρη καμπυλότητα, εφόσον η πυκνότητά του είναι απείρως μεγάλη. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται ιδιομορφία ή μοναδικότητα ή χωροχρονική ανωμαλία, καθώς καταρρέουν όλες οι μαθηματικές εξισώσεις και οι νόμοι της Φυσικής δεν είναι δυνατόν να εφαρμοσθούν πλέον. Μετά από αυτή την μοιραία στιγμή, το μέλλον είναι αβέβαιο.

2.12. Η συμπεριφορά της μαύρης οπής

Η συμπεριφορά της μαύρης οπής περιγράφεται με τους ακόλουθους δύο νόμους:

1ος νόμος: υπακούει στους ίδιους νόμους της διατήρησης ενέργειας, ορμής και στροφορμής που ισχύουν και στην γνωστή μας ύλη, π.χ. καθώς η οπή «καταπίνει» οποιοδήποτε κομμάτι ύλης περάσει τον ορίζοντα γεγονότων, τότε η ενέργεια που χάνεται σ’ αυτή την διαδικασία εμφανίζεται ως αύξηση της μάζας Μ της οπής,

2ος νόμος: η επιφάνεια της δεν ελαττώνεται σε καμιά περίπτωση αλληλεπίδρασής της με κάποια άλλη μορφή ύλης, π.χ. όταν συγκρουστούν δύο οπές, τότε σχηματίζεται μία μεγαλύτερη της οποίας το εμβαδόν επιφανείας δεν είναι ποτέ μικρότερο από το άθροισμα των εμβαδών των δύο αρχικών οπών, ενώ σε καμία περίπτωση μια οπή δεν μπορεί να διασπασθεί σε δύο άλλες θυγατρικές.

2.13. Οι δύο τύποι μαύρης οπής

α) Αποδείχθηκε ότι είναι αδύνατον να υπάρχει πεπλατυσμένη ή άλλης μορφής μη συμμετρική μαύρη οπή, ενώ οι υπολογισμοί του Αμερικανού θεωρητικού Πράις αποκάλυψαν ότι κάθε παρέκκλισή της από το σφαιρικό σχήμα θα πρέπει να ακτινοβολείται με την μορφή βαρυτικών κυμάτων. Μόνο δύο τύποι πεδίων παραμένουν σ’ αυτήν: το σφαιρικό βαρυτικό πεδίο και το σφαιρικό πεδίο του ηλεκτρικού φορτίου, αν αυτή είναι φορτισμένη. Το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι μια τέλεια συμμετρική μαύρη οπή που παράγει ένα τέλεια συμμετρικό βαρυτικό πεδίο Schwarzschild. Γύρω από μια σφαιρική μαύρη οπή κυριαρχεί η αντίστοιχη γεωμετρία, γι’ αυτό και αποκαλείται ως μαύρη οπή του Schwarzschild.

β) Όταν, όμως, η οπή περιστρέφεται γύρω από κάποιον άξονα, επειδή προήλθε από την βαρυτική κατάρρευση ενός περιστρεφόμενου σώματος, τότε αποκαλείται μαύρη οπή του Kerr. Το 1963 ο Νεοζηλανδός μαθηματικός Κερρ ανακάλυψε ότι οι εξισώσεις της σχετικότητας προέβλεπαν την ύπαρξη μιας τέτοιας, πιο ρεαλιστικής οπής, της περιστρεφόμενης μαύρης οπής, η οποία προέρχεται από οποιονδήποτε αστέρα που έχει καταρρεύσει και επειδή είναι πολύ πιο συμπαγής, περιστρέφεται πιο γρήγορα από αυτόν. Περιέγραψε τότε την γεωμετρία του χωρόχρονου στην κενή περιοχή γύρω από ένα περιστρεφόμενο σώμα. Η ιδιομορφία της στο κέντρο δεν είναι σημείο, όπως στην μαύρη τρύπα του Σβάρτσιλντ, αλλά δακτύλιος με σχεδόν μηδενικό πάχος και συνεπώς σχεδόν άπειρη πυκνότητα. Γύρω από το περιστρεφόμενο σώμα υπάρχει ένα στροβιλώδες βαρυτικό πεδίο, το οποίο παρασύρει όλα τα αντικείμενα σε κυκλική κίνηση. Έξω από τον ορίζοντα γεγονότων μιας τέτοιας οπής υπάρχει μια κάπως πεπλατυσμένη περιοχή γύρω από τον ισημερινό, σαν δακτύλιος, που αποκαλείται εργόσφαιρα, μέσα στην οποία οποιοδήποτε σώμα δεν μπορεί να παραμείνει ακίνητο, αλλά αναγκάζεται σε περιστροφή. Το εμβαδόν επιφανείας της μαύρης οπής του Kerr εξαρτάται, σύμφωνα με πολύπλοκο μαθηματικό τύπο, από την μάζα και την στροφορμή της. Αυτό επιτρέπει, σύμφωνα με τον 2ο νόμο των οπών, την διαδοχική μετάβαση μόνο από μικρότερα σε μεγαλύτερα εμβαδά μαύρων οπών (όσο η μάζα και η στροφορμή τους κάθε φορά ελαττώνονται), όχι όμως και το αντίθετο.

2.14. Απόσπαση ενέργειας από μαύρη οπή

Γι’ αυτό και ο Άγγλος φυσικός Πενρόουζ, συνεργάτης του Τσαντρασεκάρ, μεγάλου Ινδού αστροφυσικού και αυθεντία πάνω σε θέματα ζωής και θανάτου των αστέρων, πρότεινε έναν μηχανισμό με τον οποίο μπορούμε με τέχνασμα να αποσπάσουμε ενέργεια από μια περιστρεφόμενη μαύρη οπή: εάν εκτοξεύσουμε ένα κομμάτι ύλης προς μια τέτοια οπή και εισχωρήσει στην εργόσφαιρα, θα διαγράψει κύκλο γύρω από τον άξονά της και σε κάποιο στάδιο της περιστροφής του θα χωριστεί σε δύο τμήματα. Το ένα θα περάσει τον ορίζοντα γεγονότων και θα χαθεί για πάντα, ενώ το άλλο έχοντας αποκτήσει αρκετή κινητική ενέργεια θα μπορέσει να διαφύγει από την εργόσφαιρα και να συνεχίσει την τροχιά του πίσω στο διάστημα απ’ όπου ήρθε. Τότε, η ολική ενέργεια του τμήματος που επιστρέφει θα είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια ολόκληρου του κομματιού που στάλθηκε αρχικά! Επομένως, ένα ποσό στροφορμής και ενέργειας αποσπάται από την μαύρη οπή και έτσι η μάζα της ελαττώνεται. Όμως, η διαδικασία αυτή δεν μπορεί να συνεχίζεται επ’ άπειρον, καθώς κάποια στιγμή, λόγω των συνεχών μας επεμβάσεων, η μάζα της οπής θα εξισωθεί με την μάζα της μη περιστρεφόμενης οπής του Schwarzschild, οπότε και ονομάζεται ανάγωγη μάζα, ενώ η κατάσταση αυτή ανάγωγη φάση. Όπως αναφέρθηκε, επιτρέπεται η διαδοχική μετάβαση μόνο από μικρότερα προς μεγαλύτερα εμβαδά επιφανείας. Αν, όμως, δεν ακολουθήσουμε αυτή ακριβώς την διαδικασία, ώστε να έχουμε την τέλεια χρησιμοποίηση της μαύρης οπής, τότε με οποιοδήποτε άλλο τρόπο το εμβαδόν της θα μεγαλώνει, οπότε θα φθάσει γρηγορότερα στην ανάγωγη φάση.

Για παράδειγμα, αν ένας πύραυλος που βρίσκεται στην εργόσφαιρα αφήσει τα καυσαέριά του να περάσουν τον ορίζοντα γεγονότων την στιγμή που αυτός επιταχύνει, τότε στην συνέχεια θα εκτοξευθεί από εκεί με τρομακτική ταχύτητα, επειδή αποσπά περιστροφική ενέργεια από την εργόσφαιρα, μειώνοντας έτσι την συνολική μάζα της οπής και επιβραδύνοντας την περιστροφής της αλλά και αυξάνοντας ελαφρά την έκταση του ορίζοντα γεγονότων λόγω των αερίων που απορροφήθηκαν.

Παρόμοια, όταν μια μαύρη οπή δεχθεί ακτινοβολία, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κατά ένα μέρος βυθίζονται μέσα της, ενώ κατά το άλλο μέρος σκεδάζονται με την συχνότητα που είχαν πριν την σκέδαση. Αλλά, αν συμβεί τότε να απελευθερωθεί ενέργεια περιστροφής, τότε η ένταση στα σκεδασμένα αυτά κύματα γίνεται μεγαλύτερη της αρχικής και η διαδικασία αυτή ονομάζεται υπερακτινοβολία. Επιπλέον, αν περιβάλλουμε την οπή αυτή με μια τεχνητή σφαίρα αντανάκλασης των κυμάτων, τότε η ενέργεια της ενισχυμένης ακτινοβολίας μεγαλώνει σαν χιονοστιβάδα και σε περίπτωση που επιτραπεί μια δίοδος διαφυγής των κυμάτων, το τέχνασμα αυτό θα λειτουργεί ως γεννήτρια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ενώ στην αντίθετη περίπτωση θα μετατραπεί σε βαρυτική «βόμβα», καθώς η πίεση θα διαλύσει την σφαίρα και το σύστημα θα εκραγεί.

2.15. Ύπαρξη πιθανής μαύρης οπής στο διάστημα

Σε ένα δυαδικό σύστημα αστέρων Α και Β, όταν ο Α ξεπεράσει τον λοβό Roche και ο Β είναι πολύ συμπαγής, τότε οι παλιρροϊκές δυνάμεις γίνονται σημαντικές: ο Β απορροφάει υλικό από την επιφάνεια του Α και δημιουργείται γύρω από τον Β ένας δίσκος προσαύξησης, του οποίου το υλικό θερμαίνεται λόγω της τριβής και ακτινοβολεί σύμφωνα με τους υπολογισμούς κυρίως ακτίνες Χ και ραδιοκύματα. Γι’ αυτό και οι αστέρες νετρονίων αλλά και οι μαύρες οπές θεωρούνται ως καλοί υποψήφιοι για τον ρόλο του αστέρα Β, όχι όμως και οι πάλσαρ. Το 1970 εντοπίσθηκε στο αστερισμό του Κύκνου ένα τέτοιος διπλός αστέρας που εκπέμπει κοσμικές ακτίνες Χ, γνωστό ως Cygnus X-1. Αποτελείται από έναν υπεργίγαντα αστέρα Α και τον συμπαγή συνοδό του Β, απέχει 6.000 έτη φωτός και η φωτεινότητα των ακτίνων Χ του αερίου υπερβαίνει κατά αρκετές χιλιάδες φορές αυτήν του Ηλίου. Ο Α έχει μάζα περίπου 20 Μο και εκτελεί τροχιά γύρω από τον συνοδό του με περίοδο περίπου 5,5 ημέρες. Ο Β δεν είναι ορατός, ενώ η μάζα του πρέπει να είναι το λιγότερο 8 Μο. Αυτό το γεγονός δείχνει ότι δεν πρόκειται για αστέρα νετρονίων (το όριο είναι γύρω στα 3 Μο) και επομένως η άλλη εναλλακτική άποψη είναι ότι πρόκειται για μαύρη οπή, της οποίας η έκταση πρέπει να είναι περίπου 30 km. Υπάρχει, όμως, διχογνωμία για το θέμα αυτό ανάμεσα στους επιστήμονες.

2.16. Η γιγάντια μαύρη οπή

Η μαύρη οπή που είναι πολύ πιο συμπαγής από εκείνες που εμφανίζονται στα τελευταία στάδια των αστέρων ονομάζεται γιγάντια ή υπερσυμπαγής μαύρη οπή. Η μάζα της είναι χιλιάδες έως δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ηλίου και θα πρέπει να προκύπτει από την βαρυτική κατάρρευση ενός συναθροίσματος αστέρων. Η οπή αυτή διατηρεί την ολική στροφορμή του συναθροίσματος και γι’ αυτό θα πρέπει να είναι περιστρεφόμενη, τύπου Kerr. Θεωρείται λογικό ότι μια γιγάντια μαύρη οπή μπορεί να σχηματισθεί στο κέντρο ενός γαλαξία. Μια περιστρεφόμενη γιγάντια οπή αποδείχθηκε ότι μπορεί να λειτουργεί ως μια γιγάντια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος: αν υπάρχει εκεί ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο μεταφέρεται μέσω ενός διαστρικού αερίου που διαρρέει προς την οπή, θα δημιουργηθεί ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή της. Τέτοιες δραστηριότητες καταλήγουν στην γέννηση ενός κβάσαρ ή στην δημιουργία της δραστηριότητας των γαλαξιακών πυρήνων.

Πιθανολογείται ότι τέτοιες οπές υπάρχουν σε: α) κεντρικές περιοχές ραδιογαλαξιών, β) σε σφαιρικά σμήνη (= συμπλέγματα εκατοντάδων χιλιάδων αστέρων οι οποίοι κινούνται υπό την βαρυτική επίδραση που ασκεί ο ένας στον άλλο), γ) σε γαλαξιακούς πυρήνες, όπως π.χ. στον γαλαξία Μ87, όπου πιθανολογείται η ύπαρξη οπής με μάζα περίπου 5*10⁹ Μο στον πυρήνα του και  δ) σε κβάσαρς.

Οι γαλαξίες, αυτές οι μεγάλες αστρικές πόλεις, απέχουν εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τον δικό μας Γαλαξία, φαίνονται με γυμνό μάτι στον ουρανό σαν θαμπές κηλίδες, ενώ οι διάμετροι των περισσοτέρων είναι ελάχιστα μικρότερες από αυτήν του δικού μας. Διακρίνονται σε 4 τύπους: τους σπειροειδείς, τους φακοειδείς, τους ελλειπτικούς και τους ανώμαλους. Ο Γαλαξίας μας είναι σπειροειδής, περιέχει περίπου 100 δισεκατομμύρια αστέρων, έχει διάμετρο 100 χιλιάδες έτη φωτός και πάχος 12 έτη φωτός. Ο Ήλιος μέσα σ’ αυτόν κινείται με ταχύτητα 250 km/sec περίπου και συμπληρώνει μια περιστροφή μέσα σε 200 εκατομμύρια χρόνια. Η κατανομή των γαλαξιών στον χώρο είναι ανομοιόμορφη, ενώ οι περισσότεροι βρίσκονται κατά σμήνη γαλαξιών. Σε μεγαλύτερη κλίμακα από τα σμήνη γαλαξιών, όμως, το σύμπαν παρουσιάζει μια «κυτταρική» δομή, δηλαδή φαίνεται ομοιογενές και μάλιστα σε απόσταση μεγαλύτερη από 300 εκατομμύρια έτη φωτός.

Τα κβάσαρς ή ημιαστρικές ραδιοπηγές, τα οποία βρίσκονται πολύ πέρα από τα όρια του γαλαξία μας, είναι απίστευτα ισχυροί πομποί ενέργειας με φωτεινότητα που ξεπερνά αυτή των εκατό μεγάλων γαλαξιών. Είναι τα πιο απομακρυσμένα αντικείμενα στο ορατό σύμπαν και ορισμένοι απέχουν περισσότερο από 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός, άρα εξέπεμψαν το φως τους σε πολύ νεαρή ηλικία του σύμπαντος. Επειδή η λαμπρότητά τους μπορεί να αλλάξει πολύ απότομα σε λιγότερο από ένα χρόνο, διαπιστώθηκε το εκπληκτικό συμπέρασμα ότι το μέγεθός τους, από το οποίο προέρχεται αυτή η απίστευτη ενέργεια, δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από ένα έτος φωτός! Ακόμα και με έκταση 1.000 φορές μεγαλύτερη από το ηλιακό μας σύστημα, είναι φωτεινότερα κατά 10.000 δισεκατομμύρια φορές από τον Ήλιο. Η μόνη κατάλληλη και επαρκής υποψήφια για τον ρόλο της κεντρικής μηχανής ενός κβάσαρ είναι μια γιγάντια μαύρη οπή με διάμετρο ένα δισεκατομμύριο km και με μάζα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη εκείνης του Ηλίου. Η μαύρη οπή του γαλαξία της Ανδρομέδας έχει μάζα περίπου 30 εκατομμύρια ηλιακές μάζες (στον δικό μας Γαλαξία έχει λίγα εκατομμύρια ηλιακές μάζες) και ακτίνα περίπου ίση με το μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος. Επίσης, τα κβάσαρς είναι εκπληκτικά ενεργοί ακτινοβόλοι πυρήνες μεγάλων γαλαξιών, ενώ συχνά αποκαλύπτονται μέσα τους διαρροές αερίων.

2.17. Η «λευκή» οπή και η «εξάτμισή» της

Στο μικροσκοπικό κβαντικό επίπεδο (βλ. κεφ. 5.1), όπως δείχνει η αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ (δεν μπορεί να υπολογισθεί ταυτόχρονα και η θέση και η ταχύτητα ενός σωματιδίου), μπορούν να συμβαίνουν τα πιο αλλόκοτα πράγματα χωρίς να παραβιάζεται ο μακροσκοπικός νόμος της διατήρησης της ενέργειας, καθώς η έννοια του χώρου και του χρόνου δεν είναι σαφώς προσδιορισμένη. Εικονικά σωματίδια δημιουργούνται χωρίς κανένα λόγο και αιτία, δανείζονται ενέργεια από το τίποτα και καθώς αλληλοεξουδετερώνονται την επιστρέφουν. Έτσι, ένα υποατομικό σωματίδιο παρέα με το αντισωματίδιό του μπορεί να υπάρξει για μόλις 1 εξάκις εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου χωρίς πρόβλημα. Έτσι, το κβαντικό κενό ή ψευδοκενό δεν είναι καθόλου άδειο, αλλά αποτελείται από μια θάλασσα από αγέννητα δυναμικά, από ένα ανακάτεμα φανταστικών σωματιδίων και αντισωματιδίων, τα οποία δημιουργούνται και εξαφανίζονται συνεχώς, ώστε το τελικό αποτέλεσμα αυτών των διακυμάνσεών τους να είναι μηδέν. Αυτή η κβαντική διακύμανση είναι ίσως η φυσική κατάσταση ισορροπίας του κενού, πιθανότερη και απλούστερη από την απόλυτη ανυπαρξία του τίποτα.

Το 1974 ο Άγγλος φυσικός Χώκινγκ κατέληξε με την ευστροφία της σκέψης του, ύστερα από μια σειρά πολύπλοκων υπολογισμών, στο συμπέρασμα ότι μια μαύρη οπή εκπέμπει ακτινοβολία! Αν μια οπή βρίσκεται σε περιβάλλον χαμηλότερης θερμοκρασίας, θα αρχίσει να εκπέμπει ενέργεια. Έτσι, αν μια οπή από ένα ζεύγος σωματιδίου και αντισωματιδίου έλξει το μέλος που έχει αρνητική ενέργεια -Ε, ενώ το άλλο μέλος με θετική ενέργεια Ε δραπετεύσει από αυτήν, τότε από την οπή αυτή θα παραχθεί ενέργεια Ε. Δηλαδή η οπή καταβρόχθισε ένα σώμα ενέργειας -Ε και η ολική της ενέργεια ελαττώθηκε κατά μία ποσότητα Ε. Αν η οπή έχει μάζα Μ, η θερμοκρασία της σε βαθμούς Kelvin θα γίνει:  Τ = 6 * 10^-8 Μο / Μ. Επομένως η θερμοκρασία της αυξάνει όσο ελαττώνεται η μάζα της, αλλά πρακτικά μόνο μια οπή με μάζα αισθητά μικρότερη από 1 Μο θα μπορούσε να έχει τέτοια θερμοκρασία ώστε να ακτινοβολεί. Έτσι, π.χ., με μάζα μόλις 8 * 10^-12 Μο θα έχει περίπου 7.200 ⁰C θερμοκρασία, στην οποία ένα σώμα αρχίζει να λευκοπυρώνεται. Δηλαδή μια μαύρη οπή με αρκετά μικρή μάζα γίνεται λευκή οπή εξαιτίας της μεγάλης θερμοκρασίας της!

Μια λευκή οπή, λοιπόν, αντί να καταπίνει ύλη θα πρέπει να εκτοξεύει ύλη και ενέργεια προς το σύμπαν, ενώ οι ιδιομορφία της θα πρέπει να σηματοδοτεί την αρχή παρά το τέλος του χρόνου. Υπάρχει, όμως, πρόβλημα στην θεμελίωση της ύπαρξης μιας λευκής οπής, καθώς η ύλη που τις εγκαταλείπει θα μπορούσε να ξαναπέσει μέσα σε αυτή με αποτέλεσμα να μετατραπεί γρήγορα σε μαύρη οπή. Πάντως, αν υπάρχουν μίνι μαύρες οπές, θα πρέπει να υπάρχουν και οι αντίστοιχες αντι-τρύπες, δηλαδή μίνι λευκές οπές, γιατί σύμφωνα με τους κανόνες της κβαντομηχανικής όπως εμφανίζονται στιγμιαία ζεύγη σωματιδίου – αντισωματιδίου, θα μπορούσε να συμβεί και η ξαφνική εμφάνιση μαύρης οπής – λευκής οπής.

Εικάζεται ότι τέτοιες οπές είναι δυνατόν να δημιουργήθηκαν κατά τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του σύμπαντος. Μια τέτοια «μίνι» μαύρη οπή πρέπει να είχε μάζα το πολύ 10¹⁴ gr, δηλ. χίλιες φορές μικρότερη από την διάμετρο του ατόμου, ενώ με το πέρασμα του χρόνου εκπέμπει ενέργεια και χάνει μάζα, η μείωση της μάζας προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας της, η διαδικασία της ακτινοβολίας ενέργειας επιταχύνεται και τελικά σε μια ορισμένη στιγμή «εξατμίζεται», εξαϋλώνεται, ολόκληρη η μάζα της. Επομένως, η σημασία αυτής της αναπάντεχης ανακάλυψης, της κβαντικής εξάτμισης, έγκειται κυρίως στην διαπίστωση ότι η μαύρη οπή δεν είναι αιώνια!

Φαίνεται, όμως, ότι αυτό το χρονικό διάστημα της κβαντικής εξάτμισης δεν είναι τόσο μεγάλο, ώστε να είναι δυνατόν να επιβιώσει ως σήμερα μια τέτοια αρχέγονη «μίνι» μαύρη οπή και να παρατηρηθεί η εξάτμισή της. Όσες μίνι μαύρες οπές δημιουργήθηκαν στο πρώιμο σύμπαν με αρχική μάζα ίση με εκείνη του όρους Έβερεστ (μέχρις ότου συμπιεσθεί στο μέγεθος ενός ατόμου) σήμερα έχουν εξαερωθεί σχεδόν απόλυτα, αλλά επειδή ακτινοβολούν με αυξανόμενο ρυθμό καθώς συρρικνώνονται θα πρέπει να καταλήξουν σε μια τρομακτική έκρηξη ακτινοβολίας πολύ υψηλής ενέργειας.

Υπάρχουν, επίσης, σύγχρονες θεωρίες που πρεσβεύουν ότι το ίδιο το σύμπαν είναι μια τεράστια λευκή οπή χωρίς όρια! Επιπλέον, σε μια λευκή οπή έχουμε την κατάρρευση του αντικειμένου όπως την βλέπει ο παρατηρητής Β, αλλά ανεστραμμένη χρονικά! Και αυτό συμβαίνει, επειδή η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας είναι συμμετρική ως προς τον χρόνο και επιτρέπει την χρονική αναστροφή. Βέβαια, αυτή την αναστροφή δεν την αντιλαμβάνεται καθόλου ο παρατηρητής Α.

2.18. Η μαύρη οπή και η αναλογία της με το σύμπαν

Μια μαύρη οπή, λοιπόν, είναι πολύ απλή στην δομή της:
α) διαθέτει ένα κέντρο, την ιδιομορφία, η οποία έχει ένα εκπληκτικά μικρό, πολύ μικρότερο από ένα άτομο, αλλά μη μηδενικό μέγεθος, και 
β) μια επιφάνεια, τον ορίζοντα γεγονότων, ο οποίος αποτελεί μια αφετηρία χωρίς διαφυγή μέσα στο εσωτερικό μιας κωνικής τρύπας άπειρου βάθους.
Όλο το υπόλοιπο σε αυτήν είναι μια τρομακτική βαρύτητα που επηρεάζει το χώρο και το χρόνο στην γειτονιά της μαύρης οπής, η οποία δεν μπορεί να βουλώσει ποτέ από ύλη, αλλά όσο περισσότερη ύλη εισέρχεται τόσο μεγαλύτερη γίνεται, καθώς τρώγοντας αυτή μεγαλώνει.
Οι μαύρες οπές, επομένως, είναι από την μια πλευρά πολύ απλά αντικείμενα για έναν εξωτερικό παρατηρητή και ταυτόχρονα αρκετά πολύπλοκα και δυσνόητα στο εσωτερικό τους, καθώς αποτελούν «τρύπες»:
α) στο χώρο, από την υπερβολική καμπύλωσή του, αλλά και 
β) στον χρόνο, από τις στρεβλώσεις στο ρυθμό ροής του. 
Κοινό χαρακτηριστικό της μαύρης οπής και του σύμπαντος είναι το πανίσχυρο βαρυτικό πεδίο. Η κατάσταση της μαύρη οπής που ονομάζεται μοναδικότητα χαρακτηρίζει και τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του σύμπαντος. Από αυτή την σκοπιά μια μαύρη οπή μπορεί να θεωρηθεί ως ένα εργαστήριο όπου διαμορφώνεται σε μικρή κλίμακα το παρελθόν του σύμπαντος. Γι’ αυτό και οι μαύρες οπές μελετώνται μαζί με το σύμπαν ως μία ολότητα στο πλαίσιο της σχετικιστικής αστροφυσικής.