Når du kommer ind i begivenhedshorisonten for et sort hul, vil du aldrig forlade det. Der er ingen hastighed, du kan samle op, ikke engang lysets hastighed for at komme dig ud. Men i den generelle relativitet er rum buet i nærvær af masse og energi, og fusion af sort hul er et af de mest ekstreme scenarier for en sådan krumning. Er der nogen måde at komme ind i et sort hul, krydse begivenhedshorisonten og derefter forlade, når begivenhedshorisonten er krummet af en massiv fusion?
Når to sorte huller smelter sammen, kan det sige noget inden for begivenhedshorisonten for et sorte hul undslippe? Kan de hente og migrere til et andet (mere massivt sort hul)? Hvad med at gå ud over begge horisonter?
Denne idé er bestemt vanvittig. Men er hun skør nok til at arbejde? Fysiker Ethan Siegel vil hjælpe os med at besvare dette spørgsmål.
Når en tilstrækkelig massiv stjerne ophører med at eksistere, eller når to tilstrækkeligt massive stjernesterester smelter sammen, kan der dannes et sort hul med en begivenhedshorisont, der er proportional med dens masse og en akkretionsskive, hvor sagen omkring det sorte hul hvirvler rundt.
Et sort hul dannes som regel under sammenbruddet af kernen i en massiv stjerne, enten efter en supernovaeksplosion eller en fusion af neutronstjerner eller under en direkte sammenbrud. Så vidt vi ved, er hvert sort hul dannet af stof, der nogensinde har været en del af en stjerne, så på mange måder er sorte huller de ultimative rester af stjerner. Nogle sorte huller dannes isoleret; andre bliver en del af et dobbelt system. Over tid kan sorte huller ikke kun spiral og sammenvævning, men også absorbere andet stof, der falder ind i begivenhedshorisonten.
I et Schwarzschild sort hul fører det at falde indad til singularitet og mørke. Uanset hvilken retning du rejser, hvordan du accelererer osv. Betyder krydsning af begivenhedshorisonten en uundgåelig kollision med en entydighed.
Salgsfremmende video:
Når noget krydser det sorte huls begivenhedshorisont udefra, er det dømt. I løbet af få sekunder vil objektet nå en singularitet i midten af det sorte hul: peger på et ikke-roterende sort hul og ringer for et roterende hul. Selve det sorte hul husker ikke, hvilke partikler der faldt ned i det, eller hvad deres kvantetilstand er. I stedet er alt, der er tilbage, med hensyn til information, det sorte huls totale masse, ladning og vinkelmoment.
I det sidste trin, før fusionen, vil rumtiden omkring det sorte hul blive afbrudt, når materien fortsætter med at falde i begge sorte huller fra miljøet. Under ingen omstændigheder skal du antage, at noget kan undslippe inden for begivenhedshorisonten.
Man kan således forestille sig et scenarie, hvor materie falder ned i et sort hul i de sidste faser af en fusion, når det ene sorte hul er ved at fusionere med et andet. Da sorte huller altid skal have udskillelsesskiver, og materie flyver konstant i det interstellære medium, vil partikler konstant krydse begivenhedshorisonten. Alt er enkelt her, så lad os overveje en partikel, der faldt ind i begivenhedshorisonten inden de sidste øjeblikke af fusionen.
Kunne hun teoretisk undslippe? Kan du "hoppe" fra det ene sorte hul til det andet? Lad os se på situationen med hensyn til rum-tid.
Computersimulering af to fusionerende sorte huller og krumningen af plads-tid forårsaget af dem. Selvom gravitationsbølger udsendes konstant, kan materien ikke selv undslippe.
Når to sorte huller smelter sammen, gør de det efter en lang spiralperiode, hvor energi udsendes i form af tyngdekraftsbølger. Indtil de helt sidste øjeblikke før fusionen udsendes energien og flyver væk. Men dette kan ikke få begivenhedshorisonten eller endda det sorte hul til at trække sig sammen; i stedet kommer energi fra rum-tid i centrum af massen, som deformeres mere og mere. Med en sådan succes ville det være muligt at stjæle energi fra planeten Merkur; den ville rotere tættere på solen, men dens egenskaber (eller solens egenskaber) ville ikke ændre sig på nogen måde.
Når de sidste øjeblikke af fusionen kommer, deformeres begivenhedshorisonterne for de to sorte huller af tyngdekraften fra hinanden. Heldigvis har relativister allerede numerisk beregnet, hvordan sammenlægning påvirker begivenhedshorisonter, og det er imponerende informativt.
På trods af det faktum, at op til 5% af den samlede masse af sorte huller inden sammenlægning kan udsendes i form af tyngdepunktbølger, trækker begivenhedshorisonten aldrig sammen. Den vigtige ting er, at hvis du tager to sorte huller med samme masse, vil deres begivenhedshorisonter besætte en vis plads. Når det kombineres for at skabe et dobbeltmasset sort hul, ville rumfanget, der er besat af horisonten, være fire gange det originale volumen af de kombinerede sorte huller. Massen af sorte huller er direkte proportional med deres radius, men volumen er proportional med radiusens terning.
Selvom vi har fundet mange sorte huller, er radiusen for hver begivenhedshorisont direkte proportional med hullets masse, og dette er altid tilfældet. Dobbelt massen, dobbelt radien, men området vil firedobles, og volumenet vil firedobles.
Det viser sig, at selv hvis du holder partiklen i den mest bevægelige tilstand inde i det sorte hul, og den falder så langsomt som muligt mod singulariteten, er der ingen måde at komme ud på. Det samlede volumen af samlokaliserede begivenhedshorisonter stiger under sorte hulfusioner, og uanset hvilken bane for en partikel, der krydser begivenhedshorisonten, er det dømt til at blive slugt af den kombinerede singularitet af begge sorte huller.
I mange astrofysiske scenarier vises ejektioner, når materie slipper ud fra et objekt under en katastrofe. Men i tilfælde af sorte huller, der forenes, forbliver alt indeni; det meste af det, der var udenfor, suges ind, og kun lidt af det, der var udenfor, kan flygte. I fald i et sort hul er du dømt. Og et andet sort hul vil ikke ændre magtbalancen.
Ilya Khel