Når du har kommet inn i begivenhetshorisonten for et svart hull, vil du aldri forlate det. Det er ingen hastighet du kan hente, ikke engang lysets hastighet for å komme deg ut. Men i generell relativitet er rommet buet i nærvær av masse og energi, og sammenslåing av svart hull er et av de mest ekstreme scenariene for en slik krumning. Er det noen måte å komme inn i et svart hull, krysse begivenhetshorisonten og deretter forlate når hendelseshorisonten er buet av en massiv fusjon?
Når to sorte hull fusjonerer, kan det være tilfelle innen en horisont for ett svart hull? Kan de plukke opp og migrere til et annet (mer massivt svart hull)? Hva med å gå utover begge horisonter?
Denne ideen er definitivt gal. Men er hun gal nok til å jobbe? Fysiker Ethan Siegel vil hjelpe oss med å svare på dette spørsmålet.
Når en tilstrekkelig massiv stjerne slutter å eksistere, eller når to tilstrekkelig massive stjernesterester slår seg sammen, kan det dannes et svart hull med en hendelseshorisont proporsjonal med dens masse og en akkresjonsskive der saken rundt det sorte hullet virvler rundt.
Et svart hull dannes som regel under kollapsen av kjernen til en massiv stjerne, enten etter en supernovaeksplosjon, eller en sammenslåing av nøytronstjerner, eller under en direkte kollaps. Så vidt vi vet, er hvert sort hull dannet av materie som noen gang har vært en del av en stjerne, så på mange måter er sorte hull de ultimate restene av stjerner. Noen sorte hull dannes isolert; andre blir en del av et dobbelt system. Over tid kan sorte hull ikke bare spiral og sammenfalle, men også absorbere annen materie som faller inn i hendelseshorisonten.
I et Schwarzschild svart hull fører det å falle innover til singularitet og mørke. Uansett hvilken retning du reiser, hvordan du akselererer, og så videre, å krysse hendelseshorisonten betyr en uunngåelig kollisjon med en singularitet.
Salgsfremmende video:
Når noe krysser det svarte hullets hendelseshorisont fra utsiden, er det dømt. I løpet av sekunder vil objektet nå en singularitet i midten av det svarte hullet: peker for et ikke-roterende svart hull og ringer for et roterende hull. Selve det sorte hullet husker ikke hvilke partikler som falt i det eller hva deres kvantetilstand er. I stedet er alt som gjenstår, med tanke på informasjon, den totale massen, ladningen og vinkelmomentet til det sorte hullet.
I sluttfasen, før fusjonen, vil romtiden rundt det sorte hullet bli forstyrret når materien fortsetter å falle ned i begge sorte hullene fra omgivelsene. Under ingen omstendigheter skal du anta at noe kan flykte fra innenfor hendelseshorisonten.
Dermed kan man forestille seg et scenario der materie faller ned i et svart hull i de siste faser av en fusjon, når ett svart hull er i ferd med å slå seg sammen med et annet. Siden sorte hull alltid må ha skiltingsskiver, og materie flyr konstant i det interstellare mediet, vil partikler stadig krysse hendelseshorisonten. Alt er enkelt her, så la oss vurdere en partikkel som falt inn i hendelseshorisonten før de siste øyeblikkene av sammenslåingen.
Kunne hun teoretisk slippe unna? Kan du "hoppe" fra det ene sorte hullet til det andre? La oss se på situasjonen når det gjelder rom-tid.
Datasimulering av to sammenslåtte sorte hull og krumningen av rom-tid forårsaket av dem. Selv om gravitasjonsbølger sendes ut konstant, kan ikke materien i seg selv slippe unna.
Når to sorte hull smelter sammen, gjør de det etter en lang spiralperiode, hvor energi blir avgitt i form av gravitasjonsbølger. Fram til helt siste øyeblikk før sammenslåingen blir energien avgitt og flyr bort. Men dette kan ikke føre til at hendelseshorisonten eller til og med det svarte hullet trekker seg sammen; i stedet kommer energi fra rom-tid i sentrum av massen, som deformeres mer og mer. Med en slik suksess ville det være mulig å stjele energi fra planeten Merkur; den ville rotere nærmere solen, men dens egenskaper (eller egenskapene til solen) ville ikke endre seg på noen måte.
Når de siste øyeblikkene av sammenslåingen kommer, deformeres imidlertid hendelseshorisonten til de to sorte hullene av tyngdekraften fra hverandre. Heldigvis har relativister allerede numerisk beregnet hvordan sammenslåing påvirker hendelseshorisonter, og det er imponerende informativt.
Til tross for at opptil 5% av den totale massen av sorte hull før sammenslåing kan slippes ut i form av gravitasjonsbølger, trekker hendelseshorisonten seg aldri sammen. Det viktige er at hvis du tar to sorte hull med lik masse, vil hendelseshorisontene deres okkupere en viss plass. Når det kombineres for å lage et dobbeltmasse svart hull, vil volumet av plass som er okkupert i horisonten være fire ganger det opprinnelige volumet til de kombinerte sorte hullene. Massen av sorte hull er direkte proporsjonal med radiusen deres, men volumet er proporsjonalt med kuben til radien.
Selv om vi har funnet mange sorte hull, er radien for hver hendelseshorisont direkte proporsjonal med massen på hullet, og dette er alltid tilfelle. Dobbelt massen, dobbelt radien, men området vil firedobles og volumet vil firedobles.
Det viser seg at selv om du holder partikkelen i den mest bevegelsesløse tilstanden inne i det sorte hullet og den faller så sakte som mulig mot singulariteten, er det ingen måte å komme ut på. Det totale volumet av samlokaliserte begivenhetshorisonter øker under sorte hullssammenslåinger, og uansett hvilken bane for en partikkel som krysser hendelseshorisonten, er den dømt til å svelges av den kombinerte singulariteten til begge sorte hull.
I mange astrofysiske scenarier vises utkast når materie rømmer fra et objekt under en katastrofe. Men når sorte hull fusjonerer, forblir alt inni; det meste av det som var utenfor suges inn, og bare litt av det som var utenfor kan slippe unna. Faller du inn i et svart hull, er du dømt. Og et annet svart hull vil ikke endre maktbalansen.
Ilya Khel
