Umysł oszalał
Czy we wszechświecie jest coś dziwniejszego niż czarne dziury? Te dziwne, grawitacyjne potworności nie tylko wypaczają przestrzeń i czas; samo myślenie o nich rozciąga i pobudza wyobraźnię ludzi. A wraz ze wszystkimi zadziwiającymi cechami, o których słyszałeś - ich niezwykłą masą, niewiarygodnie małym rozmiarem - czarne dziury mają masę jeszcze bardziej dziwacznych właściwości, które są mniej znane. Przyjrzymy się niektórym z najbardziej zdumiewających cech i teoretycznych możliwości dotyczących tych kosmicznych osobliwości.
Czarne dziury mogą mieć włosy
W latach 60. fizyk John Wheeler zasugerował, że czarne dziury „nie mają włosów”, co oznacza, że każdy konkretny obiekt kosmiczny można odróżnić od jego braci jedynie poprzez spin, pęd kątowy i masę. Wszelkie inne informacje odróżniające o czarnej dziurze są uważane za „włosy” i uważa się, że znikają za nieprzenikalnym horyzontem zdarzeń czarnej dziury, granicą wokół czarnej dziury, za którą nic, w tym światło, nie może uciec.
Przeniesiony do 2016 r., Kiedy sławny fizyk Stephen Hawking zaproponował, że czarne dziury faktycznie mają bogatą fryzurę wykonaną z upiornych cząstek o zerowej energii, i że ta wspaniała aglomeracja zawiera informacje o materiale, który zużyła czarna dziura. Hipoteza ta nie została udowodniona, ale może pomóc w rozwiązaniu długotrwałego paradoksu dotyczącego tego, co dzieje się z gazem i pyłem, które wpadły do paszczy czarnej dziury.
Czarne dziury tworzą fontanny
Nic nie powinno umknąć potężnemu uchwytowi grawitacyjnemu czarnej dziury. Ale dotyczy to tylko materiału, który bardzo zbliżył się do krawędzi otworu. Wiele czarnych dziur jest w rzeczywistości otoczonych strumieniami gazu i pyłu, które krążą wokół dziury, jak woda spływająca do kanalizacji. Tarcie w tym materiale generuje ciepło, które powoduje powstanie burzliwych, podobnych do burzy struktur w gazie i pyle. Ostatnie obserwacje sugerują, że ruch ten wytwarza również łukowe pierścienie otaczające wewnętrzne kolumny materii, które wystrzeliwują prosto w powietrze, silnie przypominając fontanny.
Czarne dziury mogą wyparować
Mechanika kwantowa zapewnia kolejny sposób ucieczki cząstek z czarnej dziury. Zgodnie z teorią pary cząstek subatomowych ciągle migają i znikają wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Co jakiś czas konfiguracja jest dopasowywana w odpowiedni sposób, aby jeden z partnerów wpadł do czarnej dziury. Identyczny towarzysz cząstki jest następnie odpychany z bardzo dużą prędkością, obrabowując czarną dziurę z odrobiny energii. Powoduje to tak zwane promieniowanie Hawkinga po Stephenie Hawkingu, który odkrył to zjawisko. Ponieważ energia jest równa masie, proces ten może faktycznie spowodować kurczenie się czarnej dziury i ostatecznie wyparowanie przez długi czas.
Czarne dziury mogą być otoczone ścianą ognia
Jednym z problemów związanych z promieniowaniem Hawkinga jest to, że powoduje ono problemy dla fizyków. Cząstki subatomowe wytwarzane przez to promieniowanie są splątane, co oznacza, że to, co dzieje się z jednym, jest natychmiast odczuwane przez drugie. Co więc czuje partner, który nie wpadł do czarnej dziury, gdy jego wspólnik zostaje zmiażdżony w nieskończenie gęsty punkt? Nikt nie wie. Jedna z teorii głosi, że czarna dziura odcina splątanie cząstek, co - zgodnie z prawami mechaniki kwantowej - wytworzyłoby niesamowitą ilość energii. To z kolei oznaczałoby, że wszystkie czarne dziury są otoczone rojącymi się ścianami ognia.
Czarna dziura może mieszać informacje lub nie
Trudno jest wyrównać miażdżącą masę czarnych dziur z prawami mechaniki kwantowej, które utrzymują, że informacji o cząsteczkach nigdy nie można zniszczyć. Ale materiał, który ześlizguje się poza krawędź czarnej dziury, powinien zostać na zawsze utracony dla wszechświata. Ten problem jest znany jako paradoks informacji o czarnej dziurze; jak dotąd uchylił się naukowiec. Ostatnie badania sugerują, że informacje zakodowane w czarnej dziurze mogą być przekazywane do wychodzących partnerów cząstek w promieniowaniu Hawkinga; nie znaleziono jednak ostatecznej odpowiedzi na ten paradoks.
Czarne dziury mogą być ciemną materią
Krótko po Wielkim Wybuchu wszechświat powinien wytworzyć wiele małych czarnych dziur. Ponieważ te cechy byłyby masywnymi przedmiotami, które nie wydzielają światła, niektórzy fizycy przypuszczają, że te pierwotne czarne dziury mogą tłumaczyć ciemną materię, ten tajemniczy materiał, z którego zbudowana jest ogromna większość materii w kosmosie. Ale pomysł jest kontrowersyjny, biorąc pod uwagę, że dane z Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) wykluczyły wszechświat pełen wielu maleńkich czarnych dziur. Być może nadal czają się tam czarne dziury średniej wielkości, choć obserwacje sugerują, że stanowią one najwyżej 1–10% ciemnej materii.
Materia może podróżować w przyszłość w czarnej dziurze
Czarne dziury napotykają na problem nieskończoności - masa czarnej dziury zostaje zmiażdżona do nieskończenie gęstego punktu, który jest nieskończenie mały. Fizycznie nie ma to żadnego sensu, więc badacze szukali alternatywnych ram, aby uzyskać kontrolę nad czarnymi dziurami. Jedna z propozycji znana jest jako grawitacyjna pętla kwantowa, co sugeruje, że tkanka czasoprzestrzenna jest bardzo silnie zakrzywiona w pobliżu środka czarnej dziury. Spowodowałoby to, że część dziury rozciągałaby się w przyszłość, co oznacza, że zasysanie materii przemieszczałoby się w czasie do przodu. Jak dotąd ten rozwijający umysł pomysł pozostaje teoretyczny.
Naukowcy mogli zauważyć czarne dziury z innego wszechświata
Jedna bardzo kontrowersyjna obserwacja sugeruje, że nasz wszechświat jest spóźniony. Wcześniej wszechświaty mogły istnieć przed nami i zawierałyby czarne dziury. Roger Penrose, wybitny fizyk matematyki z Uniwersytetu Oksfordzkiego, argumentował, że promieniowanie tła kosmicznego - relikt energetyczny z Wielkiego Wybuchu - zawiera odciski tych czarnych dziur sprzed czasów. Inni naukowcy argumentowali, że dane Penrose'a są niczym więcej niż przypadkowym hałasem, ale możliwość pozostaje intrygująca.
Wkrótce będziemy mieli zdjęcie czarnej dziury
W ciągu kilku dni fizycy zamierzają opublikować pierwszy w historii obraz czarnej dziury. Ta supermasywna bestia czai się w sercu naszej galaktyki Drogi Mlecznej; zrobienie jej zdjęcia było celem teleskopu Horizon zdarzeń. Instrument ten jest w rzeczywistości globalną siecią radioteleskopów na całej Ziemi, które połączyły swoje moce, aby przybliżyć się bliżej centrum galaktyki niż kiedykolwiek wcześniej. Teleskop powinien być w stanie dostrzec cień czarnej dziury w otaczającym ją materiale, a zdjęcia będą spodziewane 10 kwietnia.
