Co kryje wnętrze czarnej dziury? Mamy nagranie - tak jakby

Czarne dziury to jedne z najbardziej tajemniczych i fascynujących obiektów w kosmosie. Co frustrujące dla uczonych, posiadają horyzont zdarzeń, który jest swoistą granicą, za którą nie ma powrotu. Wszystko, co przekroczy ten horyzont, nie może się z niego wydostać. To jakby próba znalezienia końca świata przez marynarza - wszystkie drogi zawsze będą prowadzić z powrotem do środka.

W efekcie grawitacyjnego przyciągania czarnej dziury prędkość ucieczki z jej wnętrza przekracza prędkość światła w próżni. Nawet światło nie jest w stanie uciec z czarnej dziury, ponieważ jest po prostu za wolne. Choć mogą być od tego wyjątki. W latach siedemdziesiątych XX wieku fizyk Stephen Hawking wykazał, że czarne dziury nie mogą bez końca przechowywać w swoim wnętrzu informacji o gwiazdach, z których powstały.

Promieniowanie Hawkinga, choć nie przenosi żadnej informacji, prowadzi do wyparowania czarnej dziury. To jednak sprzeczne z podstawowymi prawami mechaniki kwantowej, według których informacja nie może ulec zniszczeniu i całkowicie zniknąć z wszechświata. Paradoks ten jest problemem, nad którym fizycy głowią się od wielu lat.

Co znajduje się w środku czarnej dziury? To pytanie pozostaje otwarte. Po wpadnięciu w czarną dziurę nie można pozostać w miejscu - wszystko opada ku jej środkowi, łącznie z przestrzenią. Oddziaływania grawitacyjne zależą przy tym od masy czarnej dziury. Przy niezbyt masywnej czarnej dziurze siły pływowe byłyby tak silne, że by ściskały i rozciągały obserwatora. Przy supermasywnej czarnej dziurze siły pływowe są malutkie, więc można do niej wpaść i… nawet tego nie zauważyć. Pod horyzontem zdarzeń - tak nazywamy czasoprzestrzenną powierzchnię czarnej dziury – da się już tylko spadać w kierunku środka.

Wniosek z tego jest dość oczywisty. Wysłanie jakiejkolwiek sondy za horyzont zdarzeń nie ma jakiegokolwiek sensu. Sonda albo uległaby rozerwaniu przez siły pływowe, albo też nie byłaby w stanie po przekroczeniu horyzontu przekazać jakichkolwiek informacji zespołu badawczemu.

Koniecznie sprawdź te teksty:

NASA stworzyła wizualizację, która pozwala widzom zanurzyć się w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury, punkcie bez powrotu. Projekt wykonano na superkomputerze Discover, generując 10 terabajtów danych i wykorzystując 0,3 proc. jego 129 tys. procesorów. Destynacją jest supermasywna czarna dziura o masie 4,3 mln mas Słońca, podobna do tej w centrum naszej galaktyki.

Wizualizacja pokazuje zniekształcenia dysku akrecyjnego, pierścieni fotonowych i gwiazd w tle, a także efekty spowolnienia czasu w pobliżu silnego źródła grawitacyjnego. Animacja została stworzona na bazie danych o łącznej objętości 10 terabajtów. Jak czytamy w notce prasowej NASA, typowemu laptopowi te obliczenia zajęłyby ponad dekadę pracy non-stop.

Film rozpoczynają się od kamery znajdującej się w odległości prawie 640 mln km. Dysk czarnej dziury, pierścienie fotonowe i gwiezdne tło ulegają coraz większym zniekształceniom – a nawet tworzą wiele obrazów, gdy ich światło przemierza coraz bardziej zakrzywioną czasoprzestrzeń. Gdyby wizualizacja odgrywana była w czasie rzeczywistym, kamera potrzebowałaby około 3 godz., aby opaść do horyzontu zdarzeń, wykonując po drodze prawie dwie pełne 30-minutowe orbity.

Dla postronnego obserwatora, kamera nigdy by tam nie dotarła. W miarę jak czasoprzestrzeń staje się coraz bardziej zniekształcona bliżej horyzontu, obraz z kamery zwalnia, a następnie zdaje się zastygać w bezruchu. Właśnie dlatego astronomowie pierwotnie nazywali czarne dziury zamrożonymi gwiazdami.

Na horyzoncie zdarzeń, nawet sama czasoprzestrzeń opada do wewnątrz z prędkością światła, czyli kosmiczną granicą prędkości. Po wejściu do środka zarówno kamera, jak i czasoprzestrzeń, w której się porusza, pędzą w stronę centrum czarnej dziury - jednowymiarowego punktu zwanego osobliwością, w którym przestają obowiązywać znane nam prawa fizyki. Gdy kamera przetnie horyzont, do jej zniszczenia potrzeba zaledwie 12,8 sek. Stamtąd do osobliwości jest już tylko 128 tys. km podróży. To ostatni jej etap, który… cóż, kończy się w mgnieniu oka.