Światło nie zwalnia - znika sam kierunek „na zewnątrz”
Znany obraz jest taki: aby uciec z Ziemi, potrzebujesz prędkości około 11 kilometrów na sekundę, a im masywniejsze ciało, tym większa jest potrzebna. Wydaje się, że w przypadku czarnej dziury próg jest po prostu wyższy niż prędkość światła - a nic nie porusza się szybciej od światła. Odpowiedź jest trafna, ale przyczyna - nie: światło ani nie przyspiesza, ani nie przegrywa wyścigu.
Prędkość światła zawsze jest taka sama. Zmienia się nie ona, lecz sama czasoprzestrzeń: masa ją zakrzywia, a promień biegnie po najprostszej z dostępnych trajektorii - podobnie jak samolot leci „prosto”, a na mapie kreśli łuk. Przy Słońcu to zakrzywienie jest maleńkie, ale wielokrotnie je zmierzono.
W pobliżu czarnej dziury zakrzywienie sięga granicy. Tuż nad horyzontem promień skierowany dokładnie w górę jeszcze ucieka, a skierowany pod kątem - wznosi się, zakręca i spada z powrotem. Im bliżej horyzontu, tym węższy jest ten stożek ucieczki; na samym horyzoncie zapada się. Poniżej nie ma ani jednego kierunku, który prowadziłby na zewnątrz.
Nie wznosi się wyżej
Wysokość, na którą wznosi się promień przy horyzoncie zdarzeń
Co więc świeci na zdjęciach czarnych dziur
W 2019 roku pokazano pierwsze zdjęcie otoczenia supermasywnej czarnej dziury - w galaktyce M87. Nie świeci ona sama, lecz rozgrzany gaz wokół niej; część jasnego pierścienia to promienie, które okrążyły dziurę po łuku i mimo to dotarły do nas. Ciemna plama pośrodku jest wyraźnie większa od samego horyzontu: promienie przechodzące w pobliżu także zakrzywiają się do środka.
Jest też strefa przejściowa. Światło wyemitowane niemal przy samej granicy dociera do nas, ale rozciągnięte: jego długość fali rośnie, a fotony przybywają coraz rzadziej. Latarka wrzucona do środka, widziana z zewnątrz, nie zgasłaby od razu - czerwieniłaby się i bledła, aż całkiem by zniknęła.
Gdzie zwykły obraz czarnej dziury się rozpada
Najczęściej przeszkadza słowo „zasysa”. Z daleka czarna dziura przyciąga dokładnie tak samo jak każde ciało o tej samej masie: gdyby Słońce nagle stało się czarną dziurą, orbity planet by się nie zmieniły - zrobiłoby się po prostu ciemno i zimno. Wszystko staje się niezwykłe dopiero tuż przy horyzoncie.
- Sprawdź słowo „prędkość”: przy horyzoncie światło porusza się równie szybko jak tutaj.
- Sprawdź słowo „ścianka”: horyzont to granica, a nie powierzchnia, więc nie ma tam czego dotknąć.
- Sprawdź słowo „świeci”: na zdjęciach świeci gaz wokół, zza horyzontu nie dociera nic.
- Sprawdź słowo „zasysa”: z daleka dziura przyciąga jak gwiazda o tej samej masie.
Dlaczego światło nie może wydostać się zza horyzontu zdarzeń?
Co na zdjęciach czarnej dziury wygląda jak jasny pierścień?
Źródła
- Mechanizm opisuje ogólna teoria względności: rozwiązanie Schwarzschilda (1916) i pojęcie horyzontu zdarzeń. Pierwsze zdjęcie otoczenia czarnej dziury w galaktyce M87 - współpraca Event Horizon Telescope, 2019 rok
Dalej w serii „Czarne dziury”
2 artykuły w całości na stronie, jeszcze 3 w aplikacji
