När du har kommit in i ett svart håls händelseshorisont kommer du aldrig att lämna det. Det finns ingen hastighet du kan ta upp, inte ens ljusets hastighet för att få dig ut. Men i allmänhetens relativitet är utrymmet krökt i närvaro av massa och energi, och sammanslagning av svart hål är en av de mest extrema scenarierna för en sådan krökning. Finns det något sätt att komma in i ett svart hål, korsa händelseshorisonten och sedan lämna när händelseshorisonten är böjd av en massiv sammanslagning?
När två svarta hål smälter samman, kan det vara viktigt att hända i ett svart hål? Kan de plocka upp och migrera till ett annat (mer massivt svart hål)? Vad sägs om att gå utöver båda horisonterna?
Denna idé är definitivt galen. Men är hon galen nog för att jobba? Fysiker Ethan Siegel hjälper oss att besvara den här frågan.
När en tillräckligt massiv stjärna upphör att existera, eller när två tillräckligt massiva stjärnrester smälter samman, kan ett svart hål bildas med en händelseshorisont som är proportionell mot dess massa och en ackretionsskiva i vilken ämnet kring det svarta hålet virvlar runt.
Ett svart hål bildas som regel under kollapsen av kärnan i en massiv stjärna, antingen efter en supernovaexplosion, eller en sammanslagning av neutronstjärnor, eller under en direkt kollaps. Så vitt vi vet är varje svart hål bildat av materia som någonsin varit en del av en stjärna, så på många sätt är svarta hål de ultimata resterna av stjärnor. Vissa svarta hål bildas isolerat; andra blir en del av ett dubbelt system. Med tiden kan svarta hål inte bara spiral och sammanfogas, utan också absorbera annat ämne som faller in i händelseshorisonten.
I ett Schwarzschild svart hål leder fallande inåt till singularitet och mörker. Oavsett vilken riktning du reser, hur du påskyndar, och så vidare, att korsa händelseshorisonten innebär en oundviklig kollision med en singularitet.
Kampanjvideo:
När någonting korsar det svarta hålets händelseshorisont från utsidan, är det dömt. Inom några sekunder kommer objektet att nå en singularitet i mitten av det svarta hålet: pekar på ett icke-roterande svart hål och ringar för ett roterande. Det svarta hålet i sig kommer inte ihåg vilka partiklar som föll i det eller vad deras kvanttillstånd är. Istället, allt som återstår, i termer av information, är den totala massan, laddningen och vinkelmomentet för det svarta hålet.
I det sista steget, före sammanslagningen, kommer rymdtiden som omger det svarta hålet att störa när materien fortsätter att falla i båda svarta hålen från miljön. Under inga omständigheter ska du anta att någonting kan fly från händelseshorisonten.
Således kan man föreställa sig ett scenario där materie faller i ett svart hål under de sista stadierna av en sammanslagning, när ett svart hål håller på att smälta samman med ett annat. Eftersom svarta hål alltid måste ha åtskillnadsskivor, och materien flyger ständigt i det interstellära mediet, kommer partiklar hela tiden att korsa händelseshorisonten. Allt är enkelt här, så låt oss överväga en partikel som föll in i händelseshorisonten före de sista ögonblicken av sammanslagningen.
Kan hon teoretiskt fly? Kan du "hoppa" från ett svart hål till ett annat? Låt oss titta på situationen när det gäller rymdtid.
Datorsimulering av två sammanslagna svarta hål och krökningen av rymdtid orsakad av dem. Även om gravitationsvågor avges ständigt, kan materien i sig inte fly.
När två svarta hål smälter samman gör de det efter en lång spiralperiod, under vilken energi avges i form av gravitationsvågor. Fram till de allra sista stunderna före sammanslagningen släpps energin ut och flyger bort. Men detta kan inte orsaka att händelseshorisonten eller till och med det svarta hålet dras samman; istället kommer energi från rymdtid i centrum av massan, som deformeras mer och mer. Med en sådan framgång skulle det vara möjligt att stjäla energi från planeten Merkurius; det skulle rotera närmare solen, men dess egenskaper (eller egenskaperna för solen) skulle inte förändras på något sätt.
Men när de sista ögonblicken av sammanslagningen kommer, deformeras händelsen horisonter för de två svarta hålen av gravitations närvaron av varandra. Lyckligtvis har relativister redan numeriskt beräknat hur sammanslagning påverkar händelsens horisonter, och det är imponerande informativt.
Trots att upp till 5% av den totala massan av svarta hål före sammanslagning kan släppas ut i form av gravitationsvågor, tappas aldrig händelseshorisonten. Det viktiga är att om du tar två svarta hål med lika massa, kommer deras händelsehorisonter att uppta en viss mängd utrymme. När den kombineras för att skapa ett dubbelmassigt svart hål skulle volymen på utrymmet som upptas vid horisonten vara fyra gånger den ursprungliga volymen för de kombinerade svarta hålen. Massan av svarta hål är direkt proportionell mot deras radie, men volymen är proportionell mot radiens kub.
Även om vi har hittat många svarta hål, är radien för varje händelseshorisont direkt proportionell mot hålets massa, och detta är alltid fallet. Fördubbla massan, dubbla radien, men området fyrdubblas och volymen fyrdubblas.
Det visar sig att även om du håller partikeln i det mest rörliga tillståndet i det svarta hålet och det faller så långsamt som möjligt mot singulariteten, finns det inget sätt att komma ut. Den totala volymen av samlokaliserade händelshorisonter ökar under sammanslagningar av svart hål, och oavsett vilken bana en partikel som korsar händelseshorisonten är den dömd att sväljas av den kombinerade singulariteten hos båda svarta hålen.
I många astrofysikscenarier visas utkast när materien flyr från ett föremål under en katastrof. Men när svarta hål slås samman förblir allt inuti; det mesta av det som var utanför sugs in, och bara lite av det som fanns utanför kan fly. Om du faller i ett svart hål är du dömd. Och ett annat svart hål kommer inte att förändra maktbalansen.
Ilya Khel