Το πιο πυκνό αντικείμενο του σύμπαντος

Στις ήπιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης, το πιο πυκνό γνωστό υλικό είναι το μέταλλο όσμιο, του οποίου η πυκνότητα είναι 22 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό.

Ακόμη και το όσμιο όμως είναι στην πραγματικότητα «κούφιο», γεμισμένο από ηλεκτρόνια – νέφη ηλεκτρονίων – γύρω από τους πυκνούς ατομικούς πυρήνες. Τα αραιά τα «νέφη των ηλεκτρονίων» παραμένουν ασυμπίεστα ακόμη και στις τεράστιες πιέσεις που επικρατούν στο εσωτερικό της Γης.
Όμως, πολύ μεγαλύτερη πίεση επικρατεί στον πυρήνα ενός γιγάντιου άστρου που κατέρρευσε, στο απομεινάρι που είναι γνωστό ως άστρο νετρονίων. Εκεί η ύλη βρίσκεται σε μια εξωτική και υπερ-πυκνή μορφή – κυρίως από νετρόνια, τα οποία προέκυψαν από την συνένωση πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Ένα κυβικό μέτρο από ύλη νετρονίων (neutronium) θα μπορούσε να έχει μάζα μέχρι 10 εις την 18 χιλιόγραμμα ή ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια τόνους.
Ακόμη πυκνότερη ύλη υποτίθεται ότι υπάρχει στους πυρήνες των άστρων νετρονίων: η ύλη από κουάρκ, όπου τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι διαλυμένα στα συστατικά τους σωματίδια. Τα τελευταία όμως στοιχεία δείχνουν ότι αυτό μάλλον δεν ισχύει. Το “neutronium” ή ίσως η ύλη από κουάρκ μπορεί να είναι η πυκνότερη μορφή ύλης στο σύμπαν, αλλά μάλλον υπάρχουν αντικείμενα ακόμη πιο πυκνά.
Με μεγαλύτερη συμπίεση ένα άστρο νετρονίων μπορεί να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Στην πραγματικότητα δεν είναι όλες οι μαύρες τρύπες ιδιαίτερα πυκνές. Μια μαύρη τρύπα στον κοντινό γαλαξία Μ87, με μάζα 6,4 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου έχει πυκνότητα 0,37 χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (ο αέρας έχει μεγαλύτερη πυκνότητα). Από την άλλη μεριά, η μικρότερη γνωστή μαύρη τρύπα (XTE J1650-500) της οποίας η μάζα είναι 3,8 φορές η μάζα του ήλιου, έχει πυκνότητα πάνω από 10 εις την 18 χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο. Μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν επίσης να είχαν προκύψει κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, όταν οι κβαντικές διακυμάνσεις σε ένα εξαιρετικά θερμό σύμπαν δημιούργησαν περιοχές τόσο πυκνές ικανές να καταρρεύσουν.
Μέσα στον ορίζοντα των γεγονότων μιας μαύρης τρύπας τα πράγματα γίνονται πολύ παράξενα. Η θεωρία της σχετικότητας μας λέει ότι η ύλη συμπιέζεται μέχρι να γίνει ένα «μαθηματικό σημείο» άπειρης πυκνότητας – όμως στις συνθήκες αυτές «καταρρέει» και η ίδια η θεωρία, διότι αρχίζουν να εμφανίζονται κβαντικά φαινόμενα που επηρεάζουν τον χωροχρόνο. Εκεί βρίσκεται το μεγάλο σύνορο της θεμελιώδους φυσικής, όπου η βαρύτητα συναντά τον κόσμο της κβαντομηχανικής. Οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι μέσα από τις ακραίες συνθήκες των ιδιόμορφων σημείων των μαύρων τρυπών θα κατανοήσουν την βαθύτερη αιτία της πραγματικότητας.
Μήπως η καρδιά μιας μαύρης τρύπας υποκρύπτει ταλαντούμενες χορδές; Ή μήπως μια κβαντική σκουληκότρυπα; Δεν γνωρίζουμε … αν και οι υπολογισμοί δείχνουν ένα ανώτατο όριο για την πυκνότητα, την πυκνότητα Planck.
Μπορεί να προκύψει από την μάζα και το μήκος Planck ως εξής:

Αυτή η τιμή ίσως να αποτελεί και το ανώτατο όριο πυκνότητας στο σύμπαν.
www.newscientist.com