A fekete lyukak talán a leginkább titokzatos tárgyak az univerzumban. Annyira sűrűek, hogy a gravitációs erő nem engedi, hogy bárki, még a fény is, elhagyja a fekete lyukat. A fizikusok sok fekete lyukat fedeztek fel, kezdve a kicsitől a szupermasszívig, a nap millióinak vagy milliárdeinek a súlya. Az eseményhorizont fontos tulajdonsága - az, hogy a fény nem tudja átlépni - határvonalat teremt a térben: ha egyszer átlépi azt, akkor szingularitásban kell lennie. De mit látsz egy fekete lyukba esni? Kialszik a fény vagy marad? A fizikusok tudják a választ, és imádni fogják.
Saját galaxisunk központjában láttuk, hogy a csillagok 4 millió napenergiás tömegközéppont körül mozognak, és nem bocsátanak ki fényt. Ez a tárgy, Nyilas A *, tiszta fekete lyukú jelölt, amelyet közvetlenül a csillagok mérésével határozhatunk meg a pályáján.
De vannak nagyon furcsa dolgok, amelyek akkor fordulnak elő, amikor közelebb kerülnek a fekete lyuk horizontjához, és még furcsabbá válnak, amikor áthaladsz rajta. Ennek oka van, hogy miért nem látta el ezt a láthatatlan akadályt, soha nem hagyhatja el. És nem számít, hogy a fekete lyuk melyik osztálya szívott be téged, milyen űrhajó próbál kiszabadítani onnan, vagy valami más. Az általános relativitáselmélet nagy ügy, különösen a fekete lyukak esetében. Ennek oka Einstein legnagyobb eredményével függ össze: az az, hogy HOGYAN egy fekete lyuk meghajlik az űridőben.
Ha nagyon messze van a fekete lyuktól, akkor a tér szövete kevésbé hajlik. Valójában, ha nagyon messze van egy fekete lyuktól, annak gravitációja megkülönböztethetetlen bármely más tömegtől, legyen az sem egy neutroncsillag, egy közönséges csillag, vagy csak egy diffúz gázfelhő. Az űrtartalom ívelt lehet, de távolról megmondhatjuk csak a tömeg jelenlétét, nincs adat a tömeg eloszlásáról. De ha saját szemével nézi, akkor a gázfelhő, egy csillag vagy egy neutroncsillag helyett egy közepén egy abszolút fekete gömb lesz, amely nem bocsát ki fényt.
Ez a gömb alakú régió, az eseményhorizont néven nem valami fizikai, hanem egy bizonyos méretű tér olyan régiója, ahonnan a fény nem tud menekülni. Feltételezhetjük, hogy távolról nézve úgy tűnik, hogy a fekete lyuk mérete valójában az. Más szavakkal, ha közel állsz egy fekete lyukhoz, akkor egy teljesen fekete lyuknak fog kinézni a tér hátterében, amelynek széle mentén torz a fény.
A Föld tömegével ellátott fekete lyuk esetében ez a gömb kicsi: körülbelül 1 centiméter sugarú; és egy fekete tömegű, a nap tömegével ellátott lyuk esetében ez a gömb körülbelül 3 kilométer sugarú lesz. Ha a tömeget (és a méretet) egy szupermasszív fekete lyukra méretezi - mint amilyen a galaxisunk közepén van -, akkor egy bolygópálya vagy egy óriási vörös csillag méretét kapja, mint például Betelgeuse.
Mi történik, amikor közel kerülsz és végül egy fekete lyukba essz?
Promóciós videó:
Távolról nézve a látott geometria megfelel az elvárásainak és a számításoknak. De ha tovább halad a tökéletesen felépített és elpusztíthatatlan űrhajójában, a fekete lyukhoz közeledve valami furcsa észrevehető lesz. Ha felosztja a csillag és a csillag közötti távolságot felére, akkor a csillag szöge kétszer olyan nagy. Ha lerövidíti a távolságot negyedre, akkor négyszer nagyobb lesz. De a fekete lyukak eltérőek.
Az összes többi szokásos tárgytól eltérően, amelyek minél közelebb tűnnek, annál nagyobbnak tűnnek, a fekete lyuk mérete sokkal gyorsabban nő, a tér hihetetlen görbületének köszönhetően.
Földünkről nézve egy fekete lyuk a galaktikus központjában aprónak tűnik, sugárát mikro-ív másodpercekben mérve. Az általános relativitáselméleti viszonyok szerint kiszámított naiv sugárhoz viszonyítva 150% -kal nagyobbnak tűnik a tér görbülése miatt. Ha közel állsz hozzá, mire az eseményhorizont az égbolton telihold méretű lesz, akkor négyszer nagyobb lesz. Ennek oka természetesen az, hogy az űridő egyre jobban meghajlik, amikor közelebb kerülsz a fekete lyukhoz.
Ezzel szemben a fekete lyuk megfigyelt területe egyre növekszik; mire több Schwarzschild-sugáron belül tartózkodik, a fekete lyuk olyan nagysá válik, hogy eltakarja a hajó szinte a teljes elölnézetét. A szokásos geometriai objektumok nem viselkednek így.
Amikor megközelíti a legbelső, stabil körkörös pályát - amely az eseményhorizont sugara 150% -a -, észreveszi, hogy a hajójának előre néző képe teljesen feketévé válik. Ha pontosan átlépte ezt, akkor még mögötted is mindenki sötétségbe merül. Ennek ismét annak köze van, hogy a különböző pontokból származó fény útjai hogyan mozognak ebben az erősen ívelt téridőben.
Ezen a ponton, ha még nem lépte át az esemény horizontját, továbbra is kiléphet. Ha megfelelő gyorsulást alkalmaz az eseményhorizonton kívül, akkor meghagyhatja gravitációját, és visszatérhet a biztonságos téridőbe a fekete lyuktól távol. A gravitációs érzékelőid megmutatják, hogy a középpont felé mutató lefelé mutató gradiens miként vezet egy síkra, ahol csillagfény látható.
De ha folyamatosan esik az eseményhorizont felé, akkor végül láthatja, hogy a csillagfény egy apró pont felé zsugorodik, és a gravitációs kék eltolódás miatt kék színre vált. Az utolsó pillanatban, amikor átlépsz az eseményhorizonton, ez a pont vörösre, fehérere és kékre vált, ahogy a kozmikus mikrohullámú és rádióhullám háttér változ a látható spektrumba.
És akkor … sötétség lesz. Semmi. Az eseményhorizonton belül a külső világegyetemből származó fény nem érheti el a hajót. Most átgondolod a hajója erőteljes motorjait, és azon gondolkodsz, hogy hogyan tudsz menekülni e csapdából a segítségükkel. Emlékezni fog arra, hogy melyik irányba haladt a szingularitás, és megpróbálja meghatározni az felé mutató gravitációs gradienst. Ez azzal a feltétellel biztosított, hogy nincs más anyag vagy fény az ön előtt vagy előtte.
Meglepő módon, még akkor is, ha sok fény esik veled az eseményhorizonton kívül - a látható világegyetem "felét" fogja látni -, akkor a fedélzeten gravitációs érzékelők is vannak. És amint átlépte az esemény horizontját, világítással vagy anélkül, valami furcsa fog történni.
Az érzékelőid azt fogják mondani, hogy a szingularitás felé vezető gravitációs gradiens mindenhol és minden irányban meg lesz. Még a szingularitás ellenkező irányában is.
Hogyan lehetséges ez?
És így van, mert túl van az eseményhorizonton, ott. Bármelyik fénysugár, amelyet most sugároz, a szingularitás felé halad; túl mélyen vagy a fekete lyukban ahhoz, hogy bárhová máshova is menjen.
Mennyi ideig tart, miután átlépte a horizontot egy szupermasszív fekete lyukban, hogy a központban legyen? Hidd el vagy ne, bár az eseményhorizont referenciakeretünkben átmérőjű fényóra lehet, csak körülbelül 20 másodpercre van szükség a szingularitás eléréséhez. Az erősen ívelt tér félelmetes dolog.
A legrosszabb az, hogy bármilyen gyorsulás még gyorsabban közelebb hozza a szingularitáshoz. Ebben a szakaszban lehetetlen meghosszabbítani a túlélési időt. A szingularitás minden irányban létezik, bárhol is nézzen. Az ellenállás hiábavaló.
Ilya Khel