duża masa w tak małej objętości, że istnieje horyzont zdarzeń: obszar, z którego nic, nawet światło, nie może uciec. Jednak nie musi to oznaczać, że czarne dziury zasysają materię; po prostu grawitują. J. Wise/Georgia Institute of Technology i J. Regan/Dublin City University

czarne dziury to jedne z najdziwniejszych, najcudowniejszych obiektów we wszechświecie. Ogromne ilości masy skupione w bardzo małej objętości nieuchronnie zapadają się w osobliwości, otoczone horyzontami zdarzeń, z których nic nie może uciec. Są to najgęstsze obiekty w całym wszechświecie. Za każdym razem, gdy coś zbliży się do jednej z nich, siły czarnej dziury rozerwą ją na strzępy; kiedy jakakolwiek Materia, antymateria lub promieniowanie przekracza horyzont zdarzeń, po prostu spada do centralnej osobliwości, powiększając czarną dziurę i dodając jej masę.

te właściwości dotyczące czarnych dziur są prawdziwe. Ale jest pewna idea, która jest absolutną fikcją: czarne dziury wciągają do nich otaczającą materię. To nie może być dalsze od prawdy i całkowicie fałszywie przedstawia, jak działa grawitacja. Największym mitem o czarnych dziurach jest to, że są do bani. Oto naukowa prawda.

ma horyzont zdarzeń, z którego nic nie może uciec, i do kanibalizacji swoich sąsiadów. Ale nie ma żadnego „ssania”, aby to spowodować, po prostu zakłócenie materii i sporadyczny napływ materiału. Rentgen: NASA/CXC / UNH / D. Lin i wsp., optyczny: Cfht, Ilustracja: NASA/CXC/M. Weiss

zarówno w zasadzie, jak i w praktyce istnieje wiele różnych sposobów tworzenia czarnej dziury. Możesz mieć dużą, masywną gwiazdę Supernova, gdzie centralny rdzeń imploduje i tworzy czarną dziurę. Możesz być świadkiem łączenia się dwóch gwiazd neutronowych, gdzie jeśli przekroczą określony próg masy, otrzymają nowo utworzoną czarną dziurę. Albo duży zbiór materii-supermasywna gwiazda lub ogromny obłok kurczącego się gazu-zapadają się bezpośrednio do czarnej dziury.

z wystarczającą masą w wystarczająco skoncentrowanej przestrzeni, wokół niej powstanie horyzont zdarzeń. Zza horyzontu zdarzeń nadal możesz uciec, jeśli oddalisz się od czarnej dziury z prędkością światła. Jeśli jednak znajdowalibyście się w horyzoncie zdarzeń, to nawet poruszając się w punkcie C, ostatecznej kosmicznej prędkości, każda droga, którą moglibyście obrać, doprowadziłaby was do centralnej osobliwości. Z horyzontu zdarzeń czarnej dziury nie ma ucieczki.

wszystko wewnątrz horyzontu zdarzeń chrupie do osobliwości, która jest co najwyżej jednowymiarowa. Żadne trójwymiarowe struktury nie przetrwają w stanie nienaruszonym. Zapytaj Wydział Fizyki Van / UIUC

o obiekty poza czarną dziurą, jednak nadal jest wiele problemów. Ponieważ czarne dziury są tak masywnymi obiektami, kiedy zbliżysz się do jednego, zaczynasz doświadczać znacznych sił pływowych. Możesz być najbardziej zaznajomiony z siłami pływowymi Księżyca i jego interakcjami z ziemią.

oczywiście, średnio można traktować Księżyc jako masę punktową, a Ziemię jako masę punktową, oddzieloną stosunkowo dużą odległością 380 000 kilometrów. Ale w rzeczywistości, Ziemia nie jest punktem, ale obiektem, który zajmuje rzeczywistą, określoną objętość. Części ziemi będą bliżej Księżyca niż inne; części będą dalej. Im bliższe części będą doświadczać większego przyciągania grawitacyjnego niż średnia; bardziej odległe części będą doświadczać mniejszego przyciągania niż średnia.

tam będzie siła ciągnąca go w kierunku zewnętrznej masy grawitacyjnej. Różne punkty wzdłuż tego obiektu doświadczają nieco innych sił, co skutkuje siłą pływową netto: różnice między siłą na poszczególne punkty a średnią siłą netto na cały obiekt. Wydział Oceanografii, Naval Postgraduate School

ale jest coś więcej niż tylko fakt, że części Ziemi są bliżej, a części są dalej od Księżyca. Podobnie jak wszystkie obiekty fizyczne, Ziemia jest trójwymiarowa, co oznacza, że „górne” i „dolne” obszary Ziemi (z punktu widzenia Księżyca) zostaną wciągnięte do środka, w kierunku środka Ziemi, w stosunku do części znajdujących się w środku.

wszystko powiedziane, jeśli odejmiemy średnią siłę doświadczaną przez każdy punkt na Ziemi, możemy zobaczyć, jak wszystkie różne punkty na powierzchni doświadczają zewnętrznych sił Księżyca w inny sposób. Te linie sił odwzorowują siły względne, których doświadcza obiekt i wyjaśniają, dlaczego obiekty doświadczające pływów są rozciągane wzdłuż kierunku siły i ściskane prostopadle do kierunku siły.

do średniej siły netto, podczas gdy różne punkty oddalone od centrum doświadczają różnicowych sił netto. Powoduje to efekt „spaghetifying”. Krishnavedala /Wikimedia Commons

im bliżej masywnego obiektu, tym większe stają się siły pływowe; siły pływowe stają się większe nawet szybciej niż siły grawitacyjne! Ponieważ czarne dziury są zarówno niezwykle masywne, jak i niezwykle zwarte, generują największe znane siły pływowe we wszechświecie. To dlatego, gdy zbliżasz się do czarnej dziury, zaczynasz się „spaghettified” lub rozciągać w cienki, podobny do makaronu kształt.

opierając się na tym, łatwo zrozumieć, dlaczego spodziewasz się, że czarne dziury Cię wciągną: im bliżej do jednego, tym silniejsza Siła przyciągania grawitacji i silniejsze siły pływowe rozrywające Cię na strzępy.

jest rozdarty przez zakłócenia pływowe, gdy zbliża się do czarnej dziury. Dla czarnej dziury o masie LHC siły te są nieistotne, ponieważ są mało znaczące, ale dla czarnych dziur, takich jak typ w centrum naszej galaktyki, siły pływowe w pobliżu horyzontu zdarzeń mogą być ogromne. ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

jednak pomysł, że zostaniesz wessany do czarnej dziury, pozostaje błędnym przekonaniem, i dozy jednego w tym. Każda cząstka składająca się na obiekt dotknięty czarną dziurą podlega tym samym prawom fizyki, włączając w to krzywiznę grawitacyjną czasoprzestrzeni generowaną przez ogólną teorię względności.

chociaż prawdą jest, że tkanina przestrzeni jest zakrzywiona przez obecność masy, i że czarne dziury oferują największe stężenie masy gdziekolwiek we wszechświecie, prawdą jest również, że gęstość tej masy nie ma znaczenia dla tego, jak przestrzeń jest zakrzywiona. Gdyby zastąpić Słońce białym karłem, gwiazdą neutronową lub czarną dziurą o tej samej masie, siła grawitacji działająca na ziemię nie byłaby inna. To całkowita masa zakrzywia przestrzeń wokół ciebie; gęstość praktycznie nie ma z tym nic wspólnego.

siatka, umieszczenie masy w dół powoduje, że to, co byłoby „prostymi” liniami, zamiast tego staje się zakrzywione o określoną ilość. W ogólnej teorii względności traktujemy przestrzeń i czas jako ciągłe, ale wszystkie formy energii, w tym, ale nie ograniczając się do masy, przyczyniają się do krzywizny czasoprzestrzeni. Gdybyśmy mieli zastąpić ziemię gęstszą wersją, aż do osobliwości włącznie, pokazana tutaj deformacja czasoprzestrzeni byłaby identyczna; tylko wewnątrz samej ziemi różnica byłaby zauważalna. Christopher Vitale z Networkologies i Pratt Institute

z daleka czarna dziura jest jak każda inna masa we wszechświecie. Dopiero gdy zbliżysz się bardzo blisko — w promieniu kilku promieni Schwarzschilda — zaczniesz zauważać odejścia od grawitacji newtonowskiej. Mimo to, czarna dziura po prostu działa jako atraktor, a obiekty Zbliżające się do niej wykonają te same orbity, które normalnie wykonywałyby: okrąg, elipsę, parabolę lub hiperbolę, w bardzo dobrym przybliżeniu.

z powodu sił pływowych, Zbliżające się obiekty mogą zostać rozerwane, a z powodu materii, która jest akrecyjna wokół czarnej dziury w postaci dysku akrecyjnego, mogą pojawić się dodatkowe efekty: pola magnetyczne, tarcie i ogrzewanie. Część materii, biorąc pod uwagę te dodatkowe interakcje, prawdopodobnie zostanie spowolniona i ostatecznie pochłonięta przez czarną dziurę, ale przytłaczająca większość nadal ucieknie.

supermasywna czarna dziura w centrum dysku akrecyjnego wysyła wąski wysokoenergetyczny strumień materii w Przestrzeń, prostopadły do dysku. Blazar oddalony o około 4 miliardy lat świetlnych jest źródłem wielu wysokoenergetycznych promieni kosmicznych i neutrin. Tylko materia spoza czarnej dziury może opuścić czarną dziurę; materia z wnętrza horyzontu zdarzeń nigdy nie może uciec. DESY, Science Communication Lab

faktem jest, że czarne dziury niczego nie zasysają; nie ma siły, jaką czarna dziura wywiera na normalny obiekt (jak księżyc, planeta czy gwiazda), której nie wywiera. W końcu to tylko grawitacja. Największą różnicą jest to, że czarne dziury są gęstsze niż większość obiektów, zajmują znacznie mniejszą przestrzeń i mogą być znacznie bardziej masywne niż jakikolwiek inny pojedynczy obiekt. Saturn może być w porządku, krążąc wokół naszego Słońca, ale gdyby zastąpić Słońce czarną dziurą w centrum Drogi Mlecznej-czarną dziurą, która jest około 4 000 000 razy masywniejsza od Słońca – siły pływowe byłyby wystarczająco silne, aby rozbić Saturna w olbrzymi pierścień, gdzie stałby się częścią dysku akrecyjnego czarnej dziury. Biorąc pod uwagę wystarczające tarcie, ogrzewanie i przyspieszenie w obecności pola grawitacyjnego, elektrycznego i magnetycznego, które generuje cała materia, w końcu wpadłaby do środka i zostałaby połknięta.

akrecja materii i przyspiesza jej część Na zewnątrz w dwóch prostopadłych dżetach, jest wybitnym opisem działania kwazarów. Materia, która wpadnie do czarnej dziury, dowolnej odmiany, będzie odpowiedzialna za dodatkowy wzrost zarówno masy, jak i wielkości horyzontu zdarzeń dla czarnej dziury. Pomimo wszystkich błędnych wyobrażeń, nie ma jednak „zasysania” materii zewnętrznej. Mark A. Garlick

czarne dziury wydają się zasysać materię tylko dlatego, że są tak masywne, a połączenie sił pływowych i materii już obecnej wokół czarnej dziury może rozerwać zewnętrzne obiekty, gdzie pewna część rozdartych cząstek doświadczy wystarczająco siły przeciągania, aby zostać przeniesiona do dysku akrecyjnego, a ostatecznie do samej czarnej dziury. Ale czarne dziury będą niechlujne pożeracze; przytłaczająca większość materii, która przechodzi w pobliżu czarnej dziury, zostanie wypluta z powrotem w jakiejś formie. Tylko niewielka część, która wchodzi w horyzont zdarzeń, spowoduje jej wzrost.

to tarcie, ogrzewanie i wzajemne oddziaływanie naładowanych cząstek w ruchu, tworząc siły elektromagnetyczne, które mogą skierować masę wewnątrz horyzontu zdarzeń. Ale w żadnym momencie czarna dziura nie wywiera siły ssącej; po prostu standardowa grawitacyjna. Mark Garlick (University of Warwick)

gdybyśmy zamienili każdą masę we wszechświecie na czarną dziurę o równoważnej masie i usunęli cały materiał tarcia, taki jak dyski akrecyjne, bardzo niewiele by się wchłonęło. Jedyne tarcie, jakiego doświadczyłaby cząstka, jest spowodowane emisją promieniowania grawitacyjnego podczas przemieszczania się przez zakrzywioną czasoprzestrzeń generowaną przez czarną dziurę. Tylko materiał, który utworzył wnętrze do trzykrotnego promienia horyzontu zdarzeń-wnętrze do najbardziej wewnętrznej stabilnej orbity kołowej (ISCO) w teorii względności – nieubłaganie zostałby „wessany”, ze względu na zachowanie samej teorii Einsteina. W porównaniu z tym, co faktycznie wchodzi w horyzont zdarzeń w naszej fizycznej rzeczywistości, efekty te są znikome.

w końcu mielibyśmy tylko siłę grawitacji i zakrzywioną czasoprzestrzeń, która wynikałaby z obecności tych mas. Pomysł, że czarne dziury ssą cokolwiek, jest największym mitem o nich. Rosną dzięki grawitacji i nic więcej. W tym wszechświecie, to więcej niż wystarczy.

Śledź mnie na Twitterze. Sprawdź moją stronę internetową lub niektóre z moich innych prac tutaj.