Может ли материя покинуть горизонт событий во время слияния черных дыр?
Как только вы попадете в горизонт событий черной дыры, вы уже никогда его не покинете. Не существует скорости, которую можно было бы набрать, даже скорость света, чтобы она позволила вам выйти. Но в общей теории относительности пространство искривляется в присутствии массы и энергии, и слияние черных дыр — один из самых экстремальных сценариев такого искривления. Существует ли какой-нибудь способ попасть в черную дыру, пересечь горизонт событий и затем покинуть его, когда горизонт событий окажется искривленным под действием массивного слияния?
Когда сливаются две черные дыры, может ли материя, находящаяся в пределах горизонта событий одной черной дыры, сбежать? Может ли они взять и мигрировать к другой (более массивной черной дыре)? Как насчет выхода за пределы обоих горизонтов?
Эта идея безусловно безумна. Но достаточно ли она безумна, чтобы сработать? Ответить на этот вопрос нам поможет физик Итан Зигель.
Когда достаточно массивная звезда прекращает свое существование, либо когда два достаточно массивных звездных остатка сливаются, может образоваться черная дыра с горизонтом событий, пропорциональным ее массе, и диском аккреции, в котором закручивается окружающая черную дыру материя
Черная дыра, как правило, формируется в процессе коллапса ядра массивной звезды, либо после взрыва сверхновой звезды, либо слияния нейтронных звезд, либо в процессе прямого коллапса. Насколько нам известно, каждая черная дыра образуется из материи, которая когда-либо была частью звезды, поэтому во многих отношениях черные дыры являются окончательными останками звезд. Некоторые черные дыры образуются изолированно; другие становятся частью двойной системы. Со временем черные дыры могут не только закручиваться по спирали и сливаться, но и поглощать другое вещество, попадающее в горизонт событий.
В черной дыре Шварцшильда падение внутрь приводит к сингулярности и темноте. Независимо от того, в каком направлении вы путешествуете, как ускоряетесь и так далее, пересечение горизонта событий означает неизбежное столкновение с сингулярностью
Когда что-либо пересекает горизонт событий черной дыры снаружи, оно обречено. За считанные секунды объект достигнет сингулярности в центре черной дыры: точки для невращающейся черной дыры и кольца для вращающейся. Сама черная дыра не помнит, какие частицы упали в нее или каково их квантовое состояние. Вместо этого все, что останется, с точки зрения информации — это общая масса, заряд и угловой момент черной дыры.
В последний этап, предваряющий слияние, пространство-время, окружающее черную дыру, будет нарушено, поскольку материя будет продолжать падать в обе черные дыры из окружающей среды. Ни в коем случае не стоит считать, что что-то сможет сбежать изнутри горизонта событий
Таким образом, можно представить сценарий, по которому вещество попадает в черную дыру во время заключительных стадий слияния, когда одна черная дыра вот-вот соединится с другой. Поскольку черные дыры всегда должны иметь диски аккреции, а в межзвездной среде постоянно летает вещество, горизонт событий постоянно будут пересекать частицы. Здесь все просто, поэтому давайте рассмотрим частицу, которая попала в горизонт событий до финальных моментов слияния.
Может ли она теоретически сбежать? Может ли «перепрыгнуть» с одной черной дыры на другую? Давайте рассмотрим ситуацию с точки зрения пространства-времени.
Компьютерное моделирование двух сливающихся черных дыр и искривлений пространства-времени, ими вызванных. Хотя гравитационные волны испускаются постоянно, само вещество не может убежать
Когда две черные дыры сливаются, они делают это после долгого периода закручивания по спирали, в процессе которого энергия излучается в виде гравитационных волн. До самых финальных моментов до слияния энергия испускается и улетает прочь. Но это не может приводить к тому, что горизонт событий или даже черная дыра сжимались; вместо этого энергия приходит из пространства-времени в центре масс, которое деформируется сильнее и сильнее. С таким успехом можно было бы украсть энергию у планеты Меркурий; она стала бы вращаться ближе к Солнцу, но ее свойства (или свойства Солнца) никак бы не изменились.
Однако, когда наступают последние моменты слияния, горизонты событий двух черных дыр деформируются гравитационным присутствием друг друга. К счастью, релятивисты уже численно рассчитали, как слияние влияет на горизонты событий, и это впечатляюще информативно.
Несмотря на то, что до 5% общей массы черных дыр до слияния может быть излучено в виде гравитационных волн, горизонт событий никогда не сокращается. Важно то, что если взять две черные дыры равной массы, их горизонты событий будут занимать определенный объем пространства. Если объединить их с созданием черной дыры удвоенной массы, объем пространства, занимаемый горизонтом, будет в четыре раза больше изначального объема объединенных черных дыр. Масса черных дыр прямо пропорциональна их радиусу, но объем пропорционален кубу радиуса.
Хотя мы обнаружили много черных дыр, радиус каждого из горизонтов событий прямо пропорционален массе дыры, и так всегда. Удвойте массу, удвойте радиус, но площадь увеличится в четыре раза, а объем — в восемь
Оказывается, даже если вы будет удерживать частицу в максимально неподвижном состоянии внутри черной дыры и она будет максимально медленно падать по направлению к сингулярности, у нее нет никакого способа выбраться. Общий объем совмещенных горизонтов событий во время слияния черных дыр увеличивается, и независимо от того, какова траектория частицы, пересекающей горизонт событий, она обречена быть проглоченной объединенной сингулярностью обеих черных дыр.
Во многих сценариях астрофизики появляются выбросы, когда материя из объекта убегает во время катаклизма. Но в случае слияния черных дыр все, что внутри, остается внутри; большая часть того, что было снаружи, засасывается, и лишь немногое из того, что было снаружи, может сбежать. Попадая в черную дыру, вы обречены. И еще одна черная дыра не изменит баланс сил.