Crne rupe područja su svemira u kojima ima toliko mase u malom volumenu da postoji horizont događaja - područje prostora iz kojeg ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći. Međutim, to ne znači da crne rupe usisavaju materiju. Jednostavno je privlače. Znanstveni urednik Forbes razbija jedan od mitova o crnim rupama.
Crne rupe područja su svemira u kojima ima toliko mase u malom volumenu da postoji horizont događaja - područje prostora iz kojeg ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći. Ali to ne znači da crne rupe usisavaju materiju. Jednostavno je privlače.
Crne rupe su možda najčudniji i najnevjerojatniji objekti u svemiru. Tamo se ogromna masa koncentrira u vrlo malom volumenu, a crne rupe neizbježno se urušavaju do stanja singularnosti, okružene horizontima događaja izvan kojih ništa ne može ići. To su najgušći objekti u svemiru. Kad im se nešto previše približi, sile crne rupe to rastrgnu. Kad materija, antimaterija ili zračenje pređu horizont događaja, oni jednostavno padnu u središte crne rupe, povećavajući je i dodajući joj masu.
Ta svojstva crnih rupa postoje i sve je to istina. Ali s tim je povezana jedna ideja, koja je apsolutna fikcija: da crne rupe usisavaju materiju oko sebe. To je vrlo daleko od istine i potpuno je iskrivljenje slike gravitacije. Najveći mit o crnim rupama je da oni usisavaju materiju. I ovdje je znanstvena istina.
U principu i u praktičnom smislu, crna rupa može se stvoriti na razne načine. Velika, masivna zvijezda može ići u supernovu, čija se središnja jezgra urušava i stvara crnu rupu. Možete vidjeti kako se dvije neutronske zvijezde stapaju i ako prijeđu određeni prag mase, rezultat je nova crna rupa. Ili se ogromna nakupina materije (supermasivna zvijezda ili gigantski oblak skupljajućeg plina) uruši i izravno pretvori u crnu rupu.
Ako ima dovoljno mase u dovoljno koncentriranom volumenu prostora, oko nje se formira horizont događaja. Kad smo izvan horizonta događaja, možemo se odmaknuti od njega ako se brzinom svjetlosti odmaknemo od crne rupe. Ali ako smo unutar horizonta događaja, tada će nas čak i pri brzini svjetlosti, koja je granica kozmičke brzine, svaka putanja kretanja i dalje voditi do središta crne rupe, odnosno do singularnosti. Jednostavno je nemoguće pobjeći iz crne rupe dok ste unutar horizonta događaja.
Ali predmeti izvan crne rupe također imaju puno problema. Crne rupe su toliko masivne da ako se približimo jednoj od njih, počinjemo doživljavati značajne plimne sile. Možda su vam poznate ove plime i oseke ako znate što je mjesec i kako komunicira sa zemljom.
Bez sumnje, Mjesec i Zemlja mogu se smatrati materijalnim točkama smještenim na relativno velikoj udaljenosti od 380 tisuća kilometara jedna od druge. Ali u stvari, Zemlja nije točka, već objekt koji zauzima određeni i sasvim stvaran volumen. Neka su područja Zemlje bliža Mjesecu od drugih. Oni koji su bliže doživljavaju silu gravitacije više od prosjeka. Oni koji su dalje doživljavaju gravitaciju manju od prosječne.
Promotivni video:
No, osim razlike u udaljenosti postoje i druge značajke. Kao i svi fizički objekti, i Zemlja je trodimenzionalna. To znači da su "vrh" i "dno" Zemlje (gledano s Mjeseca) povučeni prema unutra, prema njezinu središtu u odnosu na one dijelove koji su u sredini.
Uz sve to, ako oduzmemo prosječnu silu koja postoji u bilo kojoj točki Zemlje, vidjet ćemo da su različite točke na površini na različite načine izložene vanjskim silama s Mjeseca. Linije tih sila čine relativne sile koje djeluju na objekt i objašnjavaju zašto se objekt pod utjecajem plime i oseke povuče prema njemu i stisne okomito na smjer te sile.
Što se više približavamo masivnom objektu, to više postaju plimne sile. Rastu čak i brže od gravitacije! Budući da crne rupe imaju ogromnu masu, ali su vrlo kompaktne, one stvaraju najmoćnije plimne sile u svemiru. Iz tog razloga, kako se približavamo crnoj rupi, sve se više rastežemo i postajemo poput tankih špageta.
Na temelju toga vrlo je lako razumjeti zašto nas crna rupa može usisati. Što joj se više približavamo, snaga privlačenja postaje sve snažnija, a plimna sila nas počinje rastezati i kidati.
Međutim, ideja da nas se može usisati u crnu rupu je pogrešna. Svaka čestica koja čini objekt koji je pod utjecajem crne rupe i dalje se pokorava poznatim zakonima fizike, uključujući pravilo zakrivljenosti prostor-vremena iz opće relativnosti.
Da, zbog prisutnosti mase, tkivo svemira se savija, a crna rupa je najveća nakupina mase u svemiru. No istina je i da gustoća ove mase ni na koji način ne utječe na zakrivljenost prostora. Ako bijelog patuljka, neutronsku zvijezdu ili crnu rupu iste mase zamijeni Sunce, sila gravitacijskog djelovanja na Zemlju neće se promijeniti. Prostor oko nas zakrivljen je ukupnom masom u cjelini, a gustoća praktički nema nikakve veze.
Iz daljine je crna rupa poput bilo koje druge mase u svemiru. Ali ako mu se približimo na minimalnoj udaljenosti od nekoliko polumjera Schwarzschildove sfere, tada počinjemo primjećivati odstupanja od Newtonove gravitacije. Međutim, crna rupa i dalje djeluje jednostavno kao težište, a predmeti koji joj se približavaju kruže u normalnoj orbiti: krug, elipsa, parabola ili hiperbola s vrlo dobrom aproksimacijom.
Plimne sile mogu uzrokovati da se predmeti koji se približavaju istegnu i rastrgnu. A kako se materija nakuplja oko crne rupe u obliku akrecijskog diska, mogu nastati dodatne posljedice poput magnetskih polja, trenja i zagrijavanja. Zbog ovog dodatnog utjecaja, dio će se stvari usporiti i progutat će je crna rupa, ali većina će i dalje ostati vani.
Činjenica ostaje da crne rupe ne usisavaju ništa. Svi ostali obični objekti (mjeseci, planeti, zvijezde) imaju iste sile koje posjeduje crna rupa. Svejedno, sve je samo gravitacija. Najveća je razlika u tome što su crne rupe gušće od većine objekata, zauzimaju puno manje volumena u svemiru i mogu biti puno masivnije od bilo kojeg drugog objekta. Saturn tiho leti u svojoj orbiti oko Sunca, ali ako umjesto Sunca u središte Mliječne staze stavimo crnu rupu čija je masa četiri milijuna puta veća od mase naše zvijezde, tada će plimne sile slomiti Saturn pretvarajući ga u divovski prsten i on će postati sastavni dio diska za akretaciju ista ona crna rupa. A ako ima dovoljno trenja, zagrijavanja i ubrzanja u prisutnosti gravitacije koju stvara tvar,električna i magnetska polja, tada će s vremenom pasti prema unutra i biti progutano.
Čini se samo da crne rupe upijaju materiju, jer su vrlo masivne, a plimne sile i materija nakupljene oko crne rupe mogu rastrgati vanjske predmete u komade, nakon čega će dio takvog predmeta, pod utjecajem vučne sile, biti unutar akrecijskog diska i s vremenom i unutar same crne rupe. Ali crna rupa je vrlo izbirljiva i velika većina materije koja prolazi blizu nje ispljunuta je natrag u ovom ili onom obliku. I samo mali dio ulazi u horizont događaja, prisiljavajući crnu rupu da postupno raste.
Ako svu masu u Svemiru zamijenimo crnom rupom s odgovarajućom masom, a zatim uklonimo sve što stvara trenje, recimo akrecijske diskove, tada će crna rupa usisati vrlo malo. Čestice će se podvrgnuti trenju samo zbog zračenja gravitacijskih valova, prolazeći kroz zakrivljeni prostor-vrijeme koje stvara crna rupa. Prema Einsteinovoj teoriji, samo ona materija koja se nalazi unutar i u samom središtu stabilne cikličke orbite apsorbirat će se unutra. To je zanemarivo u usporedbi s onim što spada u horizont događaja u našoj fizičkoj stvarnosti.
Kao rezultat, imamo samo silu gravitacije i zakrivljeni prostor-vrijeme koji proizlaze iz prisutnosti tih masa. Ideja da crne rupe nešto usisavaju najveći je mit. Povećavaju se zbog gravitacije, i ničega drugog. Ali u Svemiru je to više nego dovoljno.
Ethan Siegel
