Svarta hål brukar förknippas med döende stjärnor eller galaxers centrum – stora, dramatiska, svåra att missa. Men fysiken, alltid partypooper, säger att det inte finns någon strikt nedre storleksgräns. Under rätt förhållanden kan mikroskopiska svarta hål bildas när rumtiden hamnar i ett märkligt, kritiskt tillstånd och organiserar sig i ett upprepat, kristalliknande mönster. Ja, rumtidskristaller. Det är en grej nu.

Forskare från Goethe-universitetet i Frankfurt och TU Wien har äntligen lyckats beskriva denna process matematiskt. För första gången någonsin härledde de en exakt formel för fenomenet, med hjälp av vad de beskriver som i princip "papper och penna". För varför använda en superdator när man kan göra det på gamla hederliga sättet?

Idén går tillbaka till 1993, då datorsimuleringar först antydde att svarta hål spontant skulle kunna bildas genom kritiskt kollaps – ett fint balanserat tillstånd där en liten knuff av energi kan göra hela skillnaden. Tänk på vatten vid noll grader Celsius: en liten förändring får det att frysa till iskristaller. På liknande sätt kan rumtidens krökning under kritiska förhållanden ordna sig i ett upprepat mönster över rum och tid, vilket skapar en "rumtidskristall".

Denna kristall är, som professor Daniel Grumiller från TU Wien uttrycker det, "ett mycket märkligt och fascinerande objekt". Det är ett instabilt mellanstadie som kan gå åt två håll: det kan bara upplösas och lämna kvar vanlig rumtid med fritt rörliga partiklar – eller, om man tillför lite energi, förvandlas till ett svart hål. För naturligtvis gör det det.

I decennier kämpade fysiker med att återskapa simuleringarna med ekvationer. Genombrottet kom när teamet provade en fräck genväg: de räknade i fler dimensioner än vårt universum har. Vårt universum har fyra dimensioner (tre av rum, en av tid), men inget hindrar dig från att skriva ekvationer för fem, fyrtiotvå, eller till och med oändligt många dimensioner. Överraskande nog blir problemet lättare när du skruvar upp dimensionerna till oändlighet. Det är som att lösa en labyrint genom att gå över väggen.

Teamet löste först problemet i oändliga dimensioner och kontrollerade sedan om lösningen kunde översättas tillbaka till fyra dimensioner. Denna matematiska omväg gjorde det möjligt för dem att extrahera information om kritiskt kollaps som tidigare varit extremt svår att få analytiskt.

"Vår teknik visar sig vara anmärkningsvärt stabil", säger Florian Ecker från TU Wien. "Beroende på önskad precision kan vi systematiskt förbättra våra formler med hjälp av ytterligare approximationsmetoder." Så fysiker har nu ett nytt verktyg för att studera svarta håls bildning och andra extrema rumtidsbeteenden utan att enbart förlita sig på datorsimuleringar. För inget säger 'framsteg' som att göra mer med en penna.

Forskningen tillhandahölls av Wiens Tekniska Universitet. Obs: Innehållet kan ha redigerats för stil och längd – och i det här fallet, en generös dos sarkasm.