Чи може матерія покинути горизонт подій під час злиття чорних дір?

Як тільки ви потрапите в горизонт подій чорної діри, ви вже ніколи його не покинете. Не існує швидкості, яку можна було б набрати, навіть швидкість світла, щоб вона дозволила вам вийти. Але в загальної теорії відносності простір викривляється в присутності маси і енергії, і злиття чорних дір — один із самих екстремальних сценаріїв такого викривлення. Чи існує який-небудь спосіб потрапити в чорну діру, перетнути горизонт подій і потім залишити його, коли горизонт подій виявиться хибним під дією масивного злиття?

Коли зливаються дві чорні діри, чи може матерія, яка знаходиться в межах горизонту подій однієї чорної діри, втекти? Може вони взяти і мігрувати до іншого (більш масивної чорної діри)? Як щодо виходу за межі обох горизонтів?

Ця ідея безумовно божевільна. Але чи досить вона божевільна, щоб спрацювати? Відповісти на це питання нам допоможе фізик Ітан Зигель.

Коли досить масивна зірка припиняє своє існування, або коли два досить масивних зоряних залишку зливаються, може утворитися чорна діра з горизонтом подій, пропорційним її масі, і диском аккреції, в якому закручується оточує чорну діру матерія

Чорна діра, як правило, формується в процесі колапсу ядра масивної зірки, або після вибуху наднової зірки, або злиття нейтронних зірок, або в процесі прямого колапсу. Наскільки нам відомо, кожна чорна діра утворюється з матерії, яка коли-небудь була частиною зірки, тому у багатьох відношеннях чорні діри є остаточними останками зірок. Деякі чорні діри утворюються ізольовано; інші стають частиною подвійної системи. З часом чорні діри можуть не тільки закручуватися по спіралі і зливатися, але і поглинати інша речовина, що потрапляє в горизонт подій.

В чорній дірі Шварцшильда падіння всередину призводить до сингулярності і темряві. Незалежно від того, в якому напрямку ви подорожуєте, як прискорюєтеся і так далі, перетин горизонту подій означає неминуче зіткнення з сингулярністю

Коли що-небудь перетинає горизонт подій чорної діри зовні, воно приречене. За лічені секунди об'єкт досягне сингулярності в центрі чорної діри: точки для невращающейся чорної діри і кільця для обертається. Сама чорна діра не пам'ятає, які частинки впали в неї або як їх квантовий стан. Замість цього все, що залишиться, з точки зору інформації — це загальна маса, заряд і кутовий момент чорної діри.

останній етап, що передує злиття, простір-час, що оточує чорну діру, буде порушено, оскільки матерія буде продовжувати падати в обидві чорні діри з навколишнього середовища. Ні в якому разі не варто вважати, що зможе втекти зсередини горизонту подій

Таким чином, можна уявити сценарій, за яким речовина потрапляє в чорну діру під час заключних стадій злиття, коли одна чорна діра ось-ось з'єднається з іншого. Оскільки чорні діри завжди повинні мати диски аккреції, а в міжзоряному середовищі постійно літає речовина, горизонт подій постійно будуть перетинати частинки. Тут все просто, тому давайте розглянемо частинку, яка потрапила в горизонт подій до фінальних моментів злиття.

чи Може вона теоретично втекти? Чи може «перестрибувати» з одного чорної діри на іншу? Давайте розглянемо ситуацію з точки зору простору-часу.

Комп'ютерне моделювання двох злиття чорних дір і викривлень простору-часу, ними спричинених. Хоча гравітаційні хвилі випускаються постійно, сама речовина не може втекти

Коли дві чорні діри зливаються, вони роблять це після довгого періоду закручування по спіралі, в процесі якого енергія випромінюється у вигляді гравітаційних хвиль. До самих фінальних моментів до злиття енергія випускається і летить геть. Але це не може призводити до того, що горизонт подій або навіть чорна діра стискалися; замість цього енергія приходить із простору-часу в центрі мас, яке деформується сильніше і сильніше. З таким успіхом можна було б вкрасти енергію в планети Меркурій; вона стала б обертатися ближче до Сонця, але її властивості (або властивості Сонця) ніяк би не змінилися.

Проте, коли наступають останні моменти злиття, горизонти подій двох чорних дір деформуються гравітаційним присутністю один одного. На щастя, релятивісти вже чисельно розрахували, як злиття впливає на обрії подій, і це вражаюче інформативно.

Незважаючи на те, що до 5% загальної маси чорних дір до злиття може бути излучено у вигляді гравітаційних хвиль, горизонт подій ніколи не скорочується. Важливо те, що якщо взяти дві чорні діри рівної маси, їх горизонти подій будуть займати певний обсяг простору. Якщо об'єднати їх з утворенням чорної діри подвоєної маси, обсяг пам'яті, займаний горизонтом, буде в чотири рази більше початкового об'єму об'єднаних чорних дір. Маса чорних дір прямо пропорційна їх радіусу, а об'єм пропорційний кубу радіуса.

Хоча ми виявили багато чорних дір, радіус кожного з горизонтів подій прямо пропорційний масі діри, і так завжди. Подвійте масу, подвійте радіус, але площа збільшиться в чотири рази, а обсяг — у вісім

Виявляється, навіть якщо ви буде утримувати частку в максимально нерухомому стані всередині чорної діри і вона будемаксимально повільно падати по напрямку до сингулярності, у неї немає ніякого способу вибратися. Загальний обсяг суміщених горизонтів подій під час злиття чорних дір збільшується, і незалежно від того, яка траєкторія частинки, що перетинає горизонт подій, вона приречена бути проковтнутої об'єднаної сингулярністю обох чорних дірок.

У багатьох сценаріях астрофізики з'являються викиди, коли матерія з об'єкта тікає під час катаклізму. Але в разі злиття чорних дір все, що всередині, залишається всередині; велика частина того, що було зовні, засмоктується, і лише небагато з того, що було зовні, може втекти. Потрапляючи в чорну діру, ви приречені. І ще одна чорна діра не змінить баланс сил.