Gdzie dokładnie przebiega granica
Horyzont to odległość od środka, na której druga prędkość kosmiczna zrównuje się z prędkością światła. Bliżej nic nie wydostaje się na zewnątrz - nie dlatego, że coś zatrzymuje sygnał: wszystkie trajektorie prowadzą tam do środka. Na samej granicy nie ma materii, to czysta geometria pustej przestrzeni.
Promień horyzontu wyznacza masa i rośnie on proporcjonalnie do niej. Ściśnij Ziemię do postaci czarnej dziury - granica będzie kulką wielkości wiśni. Dla Słońca byłaby to kula o promieniu około 3 km. A dla Strzelca A* w centrum naszej Galaktyki, o masie około 4 milionów mas Słońca, horyzont znajduje się 12 milionów km od środka.
Ta granica nie ma lokalnej oznaki: przyrządy na spadającym statku nie pokażą niczego. Nie da się też wyliczyć położenia horyzontu na podstawie jednego fragmentu okolicy - zależy ono od całej przyszłości dziury. Jeśli za rok wpadnie do niej obłok gazu, horyzont zacznie rozszerzać się wcześniej.
Dlaczego spadająca osoba nie poczuje przekroczenia
Niebezpieczna nie jest sama granica, lecz różnica siły grawitacji: stopy są przyciągane mocniej niż głowa, więc ciało się rozciąga. Na horyzoncie różnica ta jest tym słabsza, im masywniejsza jest dziura. W pobliżu dziury o masie gwiazdowej człowiek zostałby rozerwany setki kilometrów przed horyzontem. Przy supermasywnej rozciąganie na granicy jest tak małe, że nie dałoby się go poczuć - rozerwanie nastąpiłoby później, głęboko w środku.
Jak zauważalne jest przekroczenie granicy dla osoby wpadającej do supermasywnej dziury.
A jednak zmienia się wszystko. Za horyzontem „na zewnątrz” przestaje być kierunkiem w przestrzeni, a staje się kierunkiem w czasie: oddalanie się od środka jest tam równie niemożliwe jak tutaj powrót do wczoraj. Sygnał wysłany z powrotem i tak wędruje głębiej.
Co widać z zewnątrz
Z zewnątrz obraz wygląda odwrotnie. Im bliżej horyzontu jest obiekt, tym wolniej, dla odległego obserwatora, płynie jego czas i tym bardziej czerwone staje się jego światło. Formalnie obraz nigdy nie przekroczy granicy: zastyga na zawsze przy samym brzegu.
Tyle że „na zawsze” znaczy tu „niewidocznie”. Jasność spada wykładniczo i bardzo szybko: przy dziurze o masie gwiazdowej obraz gaśnie w milisekundy, przy supermasywnej - w minuty. Nikt nie widzi żadnej świecącej powłoki z materii uwięzionej na horyzoncie.
Jasność spadającego obiektu dla zewnętrznego obserwatora: każdy krok jest 3 razy słabszy.
Pomarańczowy pierścień na zdjęciach czarnych dziur również nie jest horyzontem. Ciemna plama w środku ma promień około 2,6 razy większy: światło przechodzące w pobliżu zakręca wokół dziury, a krawędź cienia wyznacza ta optyka. To wszystko są przewidywania ogólnej teorii względności; fizycy wciąż dyskutują, co dzieje się na horyzoncie po uwzględnieniu efektów kwantowych.
Doczytaj w aplikacji Miqo
Jeszcze 1 minuta, a na końcu quiz. Znajdziesz go w dziale „Kosmos → Czarne dziury”
Skieruj tu aparat telefonu, a otworzy się App Store lub Google Play.
Źródła
- Rozmiary horyzontu - rozwiązanie Schwarzschilda (1916). Zdjęcia cienia - Event Horizon Telescope: M87* (2019), Strzelec A* (2022)