Iako bi crne rupe trebale imati nakupljene diskove, a materija koja pada s njih, čini se da nećete moći pobjeći iz horizonta događaja nakon što pređete preko njih. Može li to nešto promijeniti? Bonus slike: NASA / Dana Berry (Skyworks Digital).

Pitajte Ethana: Može li stvar pobjeći od horizonta događaja tijekom spajanja crne rupe?

Ništa ne može pobjeći iz crne rupe ... no može li još jedna crna rupa nešto izvući?

Jednom kada padnete u horizont događaja crne rupe, nikad ne možete pobjeći. Nema brzine kojom biste mogli putovati, čak ni brzina svjetlosti koja bi vam omogućila da izađete van. Ali u Općoj relativnosti prostor zakrivljava prisutnost mase i energije, a spajanje crnih rupa jedan je od najekstremnijih scenarija svih. Postoji li neki način da biste mogli pasti u crnu rupu, preći horizont događaja i pobjeći nakon što se horizont događaja vaše crne rupe iskrivi od masovnog spajanja? To je pitanje Chrisa Mitchela koji pita:

Ako se dvije crne rupe spajaju, je li moguće da materija koja se nalazila unutar horizonta događaja jedne crne rupe pobjegne? Može li pobjeći i preći na drugu (masivniju crnu rupu)? Što je s bijegom izvan oba horizonta?

To je sigurno luda ideja. Ali je li to dovoljno ludo za rad? Hajde da vidimo.

Kad dovoljno masivna zvijezda završi svoj život ili se dvije dovoljno zvjezdane ostatke spoje, može se formirati crna rupa s horizontom događaja proporcionalnim njegovoj masi i nagomilavajućim diskom koji pada oko nje. Kreditna slika: ESA / Hubble, ESO, M. Kornmesser.

Način na koji formirate crnu rupu tipično je od kolapsa masivnog jezgra zvijezde, bilo nakon eksplozije supernove, spajanja neutronskih zvijezda ili izravnim kolapsom. Koliko znamo, svaka crna rupa formirana je od materije koja je nekada bila dio zvijezde, pa su crne rupe na mnogo načina konačan ostatak zvijezde. Neke crne rupe nastaju izolirano; drugi su dio binarnog sustava ili čak i jednog s više zvijezda. S vremenom, crne rupe ne samo da mogu nadahnuti i stopiti se, već proždiru i drugu materiju koja padne unutar horizonta događaja.

U Schwarzschildovoj crnoj rupi, ulazak vas vodi u jedinstvenost i tamu. Bez obzira u kojem pravcu putujete, kako ubrzavate itd., Prelazak u horizont događaja znači neizbježni susret s singularnošću. Kreditna slika: (Ilustracija) ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser.

Kad se nešto spolja pređe u obzor događanja crne rupe izvana, ta je stvar odmah osuđena. Neizbježno će se za samo nekoliko sekundi naići na singularnost u središtu crne rupe: jednu točku za crnu rupu koja se ne rotira, a prsten za rotirajuću. Sama crna rupa neće imati sjećanja u koje su čestice upale niti u njihovom kvantnom stanju. Umjesto toga, sve što će ostati, prema informacijama, jest ono što sada čini ukupna masa, naboj i kutni zamah crne rupe.

U posljednjim fazama prije spajanja, prostorno vrijeme koje okružuje par crnih rupa će se iskriviti, jer materija i dalje pada u obje crne rupe iz okruženja. Ni u kojem se trenutku ne čini da će išta imati priliku pobjeći iznutra prema van horizonta događaja. Kreditna slika: NASA / Ames istraživački centar / C. Henze.

Stoga biste mogli zamisliti scenarij, onda kada materija padne u crnu rupu tijekom završnih faza pred-spajanja, kad se jedna crna rupa sprema da se kombinira s drugom. Budući da se uvijek očekuje da crne rupe imaju diskove za obradu, a kroz međuzvjezdani prostor materijal se jednostavno provlači, trebali biste stalno imati čestice koje prelaze horizont događaja. Taj dio nema smisla i zato ima smisla razmatrati česticu koja je tek ušla u horizont događaja prije konačnih trenutaka spajanja.

Je li moguće pobjeći? Može li to „preskočiti“ iz jedne crne rupe u drugu? Ispitajmo situaciju iz svemirske perspektive.

Računarska simulacija dvije spajajuće crne rupe i prostorno-vremenske distorzije koje uzrokuju. Dok gravitacijski valovi bogato emitiraju, ne očekuje se da sama materija pobjegne. Kreditna slika: Werner Benger, CC c-sa 4.0.

Kad se dvije crne rupe spajaju, to čine tek nakon duljeg vremena inspiracije, gdje se energija zrači gravitacijskim valovima. Vodeći do konačnih trenutaka prije spajanja, energija zrači. Ali to ne uzrokuje da se obris događaja bilo koje crne rupe smanji; radije, ta energija dolazi iz prostora vremena u regiji središta mase koja se sve više i više deformira. To je isto kao da ste ukrali energiju daleko od planeta Merkura; orbitao bi bliže Suncu, ali nikakve osobine Merkura ili Sunca ne bi se trebale mijenjati.

Međutim, kada su na nama konačni trenuci spajanja, horizonti događaja dviju crnih rupa deformiraju se gravitacijskom prisutnošću jednih prema drugima. Srećom, numerički relativisti već su točno utvrdili kako to spajanje utječe na horizonte događaja, a spektakularno je informativno.

Unatoč činjenici da se do ~ 5% ukupne mase crnih rupa prije spajanja može zračiti u obliku gravitacijskih valova, primijetit ćete da se horizonti događaja nikada ne smanjuju; jednostavno rastu vezu, malo iskrivljuju i zatim povećavaju ukupni volumen. Ta posljednja točka je bitna: ako imam dvije crne rupe jednake mase, njihovi horizonti događaja zauzimaju određenu količinu volumena u prostoru. Ako ih spojim kako bih stvorio jednu crnu rupu dvostruku masu dvaju originala, količina volumena preuzeta horizontom događaja sada je četiri puta veća od prvotne zapremine kombiniranih crnih rupa. Masa crne rupe izravno je proporcionalna njegovom polumjeru, ali volumen je proporcionalan radijusu izrezanom u kocku.

Iako smo otkrili mnogo crnih rupa, imajte na umu da je polumjer horizonta svakog događaja izravno proporcionalan njegovoj masi. Udvostručite masu, udvostručite polumjer, ali to znači da se površina povećava četverostruko, a volumen povećava osam puta! Kreditna slika: LIGO / Caltech / Sonoma State (Aurore Simonnet).

Kao što se ispostavilo, čak i ako česticu držite što bliže nepomičnoj unutar crne rupe i natjerate je da pada prema singularnosti što je moguće sporije, nema šanse da se izvuče. Ukupni volumen kombiniranih horizonata događaja tijekom spajanja crne rupe ide prema gore, a ne dolje, i bez obzira na putanji čestice koja prelazi događaj-horizont, zauvijek je suđeno da ga proguta kombinirana jedinstvenost obje crne rupe zajedno ,

U mnogim scenarijima sudara u astrofizikama postoji izbacivanje, gdje materija iz nekog predmeta bježi tijekom kataklizmičnog događaja. Ali u slučaju spajanja crnih rupa, iznutra ostaje sve; usisava se većina onoga što je bilo vani; i samo bi malo toga što je bilo napolju moglo izbjeći. Jednom kada upadnete unutra, vi ste osuđeni i ništa što bacate na tu crnu rupu - čak ni druga crna rupa - to će promijeniti!

Pošaljite svoja pitanja Ethanu postavi startwithabang na gmail dot com!

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy iTreknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.