Co dzieje się w środku czarnej dziury?

Osobliwość w centrum czarnej dziury jest ostateczną ziemią niczyją: miejscem, w którym materia jest skompresowana do nieskończenie małego punktu, a wszystkie koncepcje czasu i przestrzeni całkowicie się załamują. I tak naprawdę nie istnieje. Coś musi zastąpić osobliwość, ale nie jesteśmy do końca pewni co.

Zbadajmy kilka możliwości.

Gwiazdy Plancka

Może być tak, że głęboko w czarnej dziurze materia nie zostaje ściśnięta do nieskończenie małego punktu. Zamiast tego mogłaby istnieć najmniejsza możliwa konfiguracja materii, najmniejsza możliwa kieszeń objętości.

Nazywa się to gwiazdą Plancka i jest to teoretyczna możliwość przewidziana przez pętlową grawitację kwantową [loop quantum gravity], która sama w sobie jest wysoce hipotetyczną propozycją stworzenia kwantowej wersji grawitacji. W świecie pętli kwantowej grawitacji przestrzeń i czas są kwantowane – otaczający nas wszechświat składa się z maleńkich dyskretnych kawałków, ale w tak niewiarygodnie małej skali, że nasze ruchy wydają się płynne i ciągłe.

Ta teoretyczna masywność czasoprzestrzeni zapewnia dwie korzyści. Po pierwsze, marzenie o mechanice kwantowej prowadzi do ostatecznego zakończenia, wyjaśniając grawitację w naturalny sposób. Po drugie, uniemożliwia tworzenie się osobliwości wewnątrz czarnych dziur.

Gdy materia ugniata się pod ogromnym ciężarem grawitacyjnym zapadającej się gwiazdy, napotyka opór. Dyskretność czasoprzestrzeni uniemożliwia materii osiągnięcie czegokolwiek mniejszego niż długość Plancka (około 1,68 razy 10 ^ -35 metrów, a więc… mały). Cały materiał, który kiedykolwiek wpadł do czarnej dziury, zostaje ściśnięty w kulkę, idealnie mikroskopijną, ale na pewno nie nieskończenie małe.

Ta odporność na ciągłe ściskanie ostatecznie zmusza materiał do zapadnięcia się (tj. Eksplozji), czyniąc czarne dziury jedynie obiektami tymczasowymi. Ale z powodu ekstremalnych efektów dylatacji czasu wokół czarnych dziur, z naszej perspektywy we wszechświecie zewnętrznym potrzeba miliardów, a nawet bilionów lat aby to zobaczyć.

Gravastars

Kolejna próba wykorzenienia osobliwości – taka, która nie opiera się na niesprawdzonych teoriach kwantowej grawitacji – jest znana jako gravastar.

Różnica między czarną dziurą a gravastars polega na tym, że zamiast osobliwości, gravastars jest wypełniona ciemną energią. Ciemna energia to substancja, która przenika czasoprzestrzeń, powodując jej rozszerzanie się na zewnątrz. Brzmi to jak science fiction, ale jest prawdziwe: ciemna energia działa obecnie w większym kosmosie, powodując przyspieszenie ekspansji całego naszego wszechświata.

Kiedy materia spada na grawastar, nie jest w stanie w rzeczywistości przeniknąć horyzontu zdarzeń (z powodu całej tej ciemnej energii wewnątrz) i dlatego po prostu wisi na powierzchni. Ale poza tą powierzchnią gravastary wyglądają i zachowują się jak normalne czarne dziury.

Jednak ostatnie obserwacje łączenia czarnych dziur, detektorami fal grawitacyjnych potencjalnie wykluczyły istnienie grawitacji, ponieważ ich łączenie da inny sygnał niż łączenie czarnych dziur, a sprzęt taki jak LIGO ( Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ) i Virgo z dnia na dzień dostarczają więcej przykładów.

Chodźmy na przejażdżkę

Gwiazdy Plancka i grawastary mogą mieć niesamowite nazwy, ale rzeczywistość ich istnienia jest wątpliwa. Może więc istnieje bardziej przyziemne wyjaśnienie osobliwości, oparte na bardziej zniuansowanym – i realistycznym – spojrzeniu na czarne dziury w naszym wszechświecie.

Idea pojedynczego punktu o nieskończonej gęstości wywodzi się z naszej koncepcji stacjonarnych, nieobrotowych, nienaładowanych, raczej nudnych czarnych dziur. Prawdziwe czarne dziury są znacznie ciekawszymi postaciami, zwłaszcza gdy się kręcą.

Obrót obracającej się czarnej dziury rozciąga osobliwość w pierścień. Zgodnie z matematyką ogólnej teorii względności Einsteina (która jest jedyną matematyką, jaką posiadamy), po przejściu przez osobliwość pierścienia wchodzisz do tunelu czasoprzestrzennego i wyskakujesz przez białą dziurę (biegunowe przeciwieństwo czarnej dziury gdzie nic nie może wejść, a materia wylatuje z prędkością światła) w zupełnie nowy i ekscytujący obszar wszechświata.

Jedno wyzwanie: wnętrza wirujących czarnych dziur są katastrofalnie niestabilne. I jest to zgodne z tą samą matematyką, która prowadzi do przewidywania rzeczy związanych z podróżą do nowego wszechświata.

Problem z obracającymi się czarnymi dziurami polega na tym, że… cóż, obracają się. Osobliwość rozciągnięta w pierścień obraca się w tak fantastycznym tempie, że ma niesamowitą siłę odśrodkową. I ogólnie rzecz biorąc, wystarczająco silne siły odśrodkowe działają jak antygrawitacja: pchają, a nie ciągną.

Tworzy to granicę wewnątrz czarnej dziury, zwaną wewnętrznym horyzontem. Poza tym obszarem, promieniowanie spada do wewnątrz w kierunku osobliwości, wymuszone przez ekstremalne przyciąganie grawitacyjne. Ale promieniowanie jest wypychane przez antygrawitację w pobliże osobliwości pierścienia, a punktem zwrotnym jest wewnętrzny horyzont. Gdybyś miał napotkać wewnętrzny horyzont, zmierzyłbyś się ze ścianą nieskończenie energetycznego promieniowania – całej przeszłej historii wszechświata, uderzającej w twoją twarz w mniej niż mgnienie oka.

Utworzenie wewnętrznego horyzontu zasiewa nasiona zniszczenia czarnej dziury. Ale wirujące czarne dziury z pewnością istnieją w naszym wszechświecie, więc to mówi nam, że nasza matematyka jest błędna i dzieje się coś dziwnego.

Co tak naprawdę dzieje się w czarnej dziurze? Nie wiemy – a przerażające jest to, że nigdy się nie dowiemy.

Źródło: Paul Sutter

AAS! 137: WHAT’S REALLY AT THE CENTER OF A BLACK HOLE?

Zdjęcia: Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x