Gdy wejdziesz w horyzont zdarzeń czarnej dziury, nigdy go nie opuścisz. Nie ma szybkości, którą można by przyspieszyć, nawet światła, które mogłoby Cię wydostać. Ale ogólnie rzecz biorąc, przestrzeń jest zakrzywiona w obecności masy i energii, a łączenie się czarnych dziur jest jednym z najbardziej ekstremalnych scenariuszy takiej krzywizny. Czy jest jakiś sposób, aby dostać się do czarnej dziury, przekroczyć horyzont zdarzeń, a następnie wyjść, gdy horyzont zdarzeń jest zakrzywiony przez masywne połączenie?
Czy po połączeniu dwóch czarnych dziur materia w horyzoncie zdarzeń jednej czarnej dziury może uciec? Czy mogą podnieść i migrować do innej (bardziej masywnej czarnej dziury)? Co powiesz na wyjście poza oba horyzonty?
Ten pomysł jest zdecydowanie szalony. Ale czy jest wystarczająco szalona, żeby pracować? Fizyk Ethan Siegel pomoże nam odpowiedzieć na to pytanie.
Kiedy dostatecznie masywna gwiazda przestaje istnieć lub gdy łączą się dwie wystarczająco masywne pozostałości gwiazd, może powstać czarna dziura z horyzontem zdarzeń proporcjonalnym do jej masy i dyskiem akrecyjnym, w którym wiruje materia otaczająca czarną dziurę.
Czarna dziura z reguły tworzy się podczas zapadania się jądra masywnej gwiazdy, albo po wybuchu supernowej, albo po połączeniu gwiazd neutronowych, albo podczas bezpośredniego zapadania się. O ile nam wiadomo, każda czarna dziura jest utworzona z materii, która kiedykolwiek była częścią gwiazdy, więc pod wieloma względami czarne dziury są ostatecznymi pozostałościami gwiazd. Niektóre czarne dziury tworzą się w izolacji; inne stają się częścią podwójnego systemu. Z biegiem czasu czarne dziury mogą nie tylko tworzyć spiralę i łączyć się, ale także absorbować inną materię, która wpada w horyzont zdarzeń.
W czarnej dziurze Schwarzschilda upadek do wewnątrz prowadzi do osobliwości i ciemności. Bez względu na to, w jakim kierunku podróżujesz, jak przyspieszasz itd., Przekroczenie horyzontu zdarzeń oznacza nieuniknioną kolizję z osobliwością.
Film promocyjny:
Kiedy cokolwiek przekracza horyzont zdarzeń czarnej dziury z zewnątrz, jest skazane na zagładę. W ciągu kilku sekund obiekt osiągnie osobliwość w środku czarnej dziury: punkt dla nierotującej czarnej dziury i pierścień dla obracającej się. Sama czarna dziura nie pamięta, które cząstki do niej wpadły ani jaki jest ich stan kwantowy. Zamiast tego wszystko, co pozostaje, pod względem informacji, to całkowita masa, ładunek i moment pędu czarnej dziury.
W końcowym etapie, poprzedzającym fuzję, czasoprzestrzeń otaczająca czarną dziurę zostanie zakłócona, ponieważ materia nadal wpada do obu czarnych dziur ze środowiska. W żadnym wypadku nie należy zakładać, że coś może uciec z horyzontu zdarzeń.
Można zatem wyobrazić sobie scenariusz, w którym materia wpada do czarnej dziury podczas końcowych etapów połączenia, kiedy jedna czarna dziura ma się połączyć z inną. Ponieważ czarne dziury zawsze muszą mieć dyski akrecyjne, a materia nieustannie lata w ośrodku międzygwiazdowym, cząstki będą nieustannie przekraczać horyzont zdarzeń. Tutaj wszystko jest proste, więc rozważmy cząstkę, która wpadła w horyzont zdarzeń przed końcowymi momentami scalenia.
Czy teoretycznie mogłaby uciec? Czy potrafisz „przeskoczyć” z jednej czarnej dziury do drugiej? Spójrzmy na sytuację w kategoriach czasoprzestrzeni.
Symulacja komputerowa dwóch łączących się czarnych dziur i spowodowanej przez nie krzywizny czasoprzestrzeni. Chociaż fale grawitacyjne są stale emitowane, sama materia nie może uciec.
Kiedy dwie czarne dziury łączą się, robią to po długim okresie spirali, podczas którego energia jest emitowana w postaci fal grawitacyjnych. Aż do ostatnich chwil przed połączeniem energia jest emitowana i odlatuje. Ale to nie może spowodować skurczenia się horyzontu zdarzeń ani nawet czarnej dziury; zamiast tego energia pochodzi z czasoprzestrzeni w środku masy, która odkształca się coraz bardziej. Z takim sukcesem można by ukraść energię z planety Merkury; obracałby się bliżej Słońca, ale jego właściwości (lub właściwości Słońca) nie zmieniłyby się w żaden sposób.
Jednak gdy nadejdą ostatnie chwile połączenia, horyzonty zdarzeń dwóch czarnych dziur są zdeformowane przez wzajemną obecność grawitacyjną. Na szczęście relatywiści obliczyli już liczbowo, jak scalanie wpływa na horyzonty zdarzeń, i jest to imponująco pouczające.
Pomimo tego, że do 5% całkowitej masy czarnych dziur przed połączeniem może zostać wyemitowanych w postaci fal grawitacyjnych, horyzont zdarzeń nigdy się nie kurczy. Ważne jest to, że jeśli weźmiesz dwie czarne dziury o jednakowej masie, ich horyzonty zdarzeń zajmą pewną ilość miejsca. Po połączeniu, aby stworzyć czarną dziurę o podwójnej masie, objętość przestrzeni zajmowanej przez horyzont byłaby czterokrotnie większa niż pierwotna objętość połączonych czarnych dziur. Masa czarnych dziur jest wprost proporcjonalna do ich promienia, ale objętość jest proporcjonalna do sześcianu o promieniu.
Chociaż znaleźliśmy wiele czarnych dziur, promień każdego horyzontu zdarzeń jest wprost proporcjonalny do masy dziury i tak jest zawsze. Podwoić masę, podwoić promień, ale powierzchnia wzrośnie czterokrotnie, a objętość wzrośnie czterokrotnie.
Okazuje się, że nawet jeśli utrzymasz cząstkę w najbardziej nieruchomym stanie wewnątrz czarnej dziury i jak najwolniej opada ona w kierunku osobliwości, nie ma możliwości jej wydostania się. Całkowita objętość kolokowanych horyzontów zdarzeń wzrasta podczas łączenia się czarnych dziur i niezależnie od trajektorii cząstki przekraczającej horyzont zdarzeń, jest skazana na pochłonięcie przez połączoną osobliwość obu czarnych dziur.
W wielu scenariuszach astrofizyki wyrzuty pojawiają się, gdy materia ucieka z obiektu podczas kataklizmu. Ale w przypadku zlewania się czarnych dziur wszystko w środku pozostaje wewnątrz; większość tego, co było na zewnątrz, jest zassana, a tylko niewielka część tego, co było na zewnątrz, może uciec. Wpadając w czarną dziurę, jesteś skazany. A kolejna czarna dziura nie zmieni równowagi sił.
Ilya Khel
