Ett av de mest uppskattade science fiction-scenarierna är att använda ett svart hål som en portal till en annan dimension eller tid eller universum. Den fantasin kan vara närmare verkligheten än man tidigare trott.

Svarta hål är kanske de mest mystiska föremålen i universum. De är konsekvensen av att gravitationen krossar en döende stjärna utan gränser, vilket leder till bildandet av en sann singularitet – vilket händer när en hel stjärna komprimeras ner till en enda punkt vilket ger ett objekt med oändlig densitet. Denna täta och heta singularitet slår ett hål i själva rumtidens struktur, möjligen öppnar upp en möjlighet för hyperrymdresor. Det är, en genväg genom rumtiden som möjliggör resor över avstånd i kosmisk skala på kort tid.

Forskare trodde tidigare att varje rymdfarkost som försöker använda ett svart hål som en portal av denna typ skulle behöva räkna med naturen när den är som värst. Den varma och täta singulariteten skulle få rymdfarkosten att utstå en sekvens av allt mer obekväm tidvattensträckning och klämning innan den förångades helt.

Flyger genom ett svart hål

Mitt team vid University of Massachusetts Dartmouth och en kollega vid Georgia Gwinnett College har visat att alla svarta hål inte skapas lika. Om det svarta hålet som Skytten A*, ligger i mitten av vår egen galax, är stor och roterande, då förändras utsikterna för en rymdfarkost dramatiskt. Det beror på att singulariteten som ett rymdskepp skulle behöva kämpa med är mycket mild och kan möjliggöra en mycket fridfull passage.

Anledningen till att detta är möjligt är att den relevanta singulariteten inuti ett roterande svart hål är tekniskt "svag, " och därmed inte skadar föremål som interagerar med den. Till en början, detta faktum kan verka kontraintuitivt. Men man kan tänka på det som analogt med den vanliga upplevelsen av att snabbt föra fingret genom ett ljuss nära 2, 000-graders låga, utan att brännas.

Min kollega Lior Burko och jag har undersökt de svarta hålens fysik i över två decennier. 2016, min Ph.D. studerande, Caroline Mallary, inspirerad av Christopher Nolans storfilm "Interstellar, " gav sig ut för att testa om Cooper (Matthew McConaugheys karaktär), kunde överleva sitt fall djupt in i Gargantua – en fiktiv, supermassiv, snabbt roterande svarta hål cirka 100 miljoner gånger vår sols massa. "Interstellar" baserades på en bok skriven av Nobelprisvinnande astrofysikern Kip Thorne och Gargantuas fysiska egenskaper är centrala för handlingen i denna Hollywoodfilm.

Bygger på arbete utfört av fysikern Amos Ori två decennier tidigare, och beväpnad med hennes starka beräkningsförmåga, Mallary byggde en datormodell som skulle fånga de flesta av de väsentliga fysiska effekterna på en rymdfarkost, eller något stort föremål, faller i en stor, roterande svart hål som Skytten A*.

Inte ens en ojämn tur?

Vad hon upptäckte är att under alla förhållanden skulle ett föremål som faller in i ett roterande svart hål inte uppleva oändligt stora effekter vid passage genom hålets så kallade inre horisontsingularitet. Detta är den singularitet som ett föremål som kommer in i ett roterande svart hål inte kan manövrera runt eller undvika. Inte bara det, under rätt omständigheter, dessa effekter kan vara försumbart små, vilket möjliggör en ganska bekväm passage genom singulariteten. Faktiskt, det kanske inte finns några märkbara effekter på det fallande föremålet alls. Detta ökar möjligheterna att använda stora, roterande svarta hål som portaler för hyperrymdresor.

Mallary upptäckte också en egenskap som inte var helt uppskattad tidigare:det faktum att effekterna av singulariteten i samband med ett roterande svart hål skulle resultera i snabbt ökande cykler av sträckning och klämning på rymdfarkosten. Men för mycket stora svarta hål som Gargantua, styrkan av denna effekt skulle vara mycket liten. Så, rymdfarkosten och eventuella individer ombord skulle inte upptäcka den.

Det avgörande är att dessa effekter inte ökar utan begränsning; faktiskt, de förblir ändliga, även om påfrestningarna på rymdfarkosten tenderar att växa i det oändliga när den närmar sig det svarta hålet.

Det finns några viktiga förenklingsantaganden och resulterande varningar i samband med Mallarys modell. Huvudantagandet är att det svarta hålet i fråga är helt isolerat och därmed inte utsatt för ständiga störningar av en källa som en annan stjärna i dess närhet eller ens fallande strålning. Även om detta antagande tillåter viktiga förenklingar, det är värt att notera att de flesta svarta hål är omgivna av kosmiskt material - damm, gas, strålning.

Därför, en naturlig förlängning av Mallarys arbete skulle vara att utföra en liknande studie i samband med ett mer realistiskt astrofysiskt svart hål.

Mallarys tillvägagångssätt att använda en datorsimulering för att undersöka effekterna av ett svart hål på ett föremål är mycket vanligt inom området för svarta håls fysik. Naturligtvis, vi har inte förmågan att utföra riktiga experiment i eller nära svarta hål ännu, så forskare tar till teori och simuleringar för att utveckla en förståelse, genom att göra förutsägelser och nya upptäckter.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.