Zašto dve crne rupe nisu okrugle kada su blizu jedna drugoj?

Gravitacioni talasi koje je 2015-te registrovao LIGO interpretirani su kao rezultat procesa spajanja dve crne rupe. Grupa fizičara pod nazivom SXS tim (Simulacija ekstremnih prostor-vremena) uradila je izvanrednu vizualizaciju tog procesa:

https://www.youtube.com/watch?v=Zt8Z_uzG71o

Ova animacija je već viđena na AM, ali jedan interesantan detalj može da promakne i vredi da se naglasi: pogledajmo oblik ovih crnih rupa.

Već na samom početku animacije vidi se da crne rupe nisu okrugle što postaje sve izrazitije kako se približavaju jedna drugoj:

(Dodatne kapice na položajima oko 2 sata gornje crne rupe i oko 8 sati donje, rezultat su gravitacionog sočiva, savijanja putanja svetlosti u zakrivljenom prostor-vremenu ovih objekata, što je sam po sebi interesantan efekat ali koji nas ovde ne zanima.)

Treba naglasiti da ova animacija nije nikakav holivudski crtež već vizualizacija numeričke simulacije ovog procesa. Protekle su bukvalno tri decenije u toku kojih su teoretičari postepeno razvili detaljno razumevanje fizike spajanja crnih rupa i našli vešte računarske metode da mogu da ga prate na kompjuteru. U tom smislu ovaj kratki film je kao zapis eksperimenta, kao da smo bili u stanju da napravimo par crnih rupa i pratimo njihovu evoluciju, i jednako je realan kao da posmatramo Mesec kako kruži oko Zemlje. Deformisani oblik crnih rupa koji vidimo nije ni greška ni aproksimacija, već rezultat stvarne fizike koja je ovde prisutna. Zašto dakle, ove crne rupe, ovde gledane “odozgo,” nisu okrugle oko svojih ekvatora?

Prva pomisao je da se radi o uzajamnoj graviciji, o plimskim silama. Mesec na primer, deformiše globalni okean, atmosferu, i zemljinu koru, a za uzvrat Zemlja deformiše mesečevu koru:

Izvor: http://www.windows2universe.org/glossary/tidal_forces.html

Međutim, u tom slučaju visoka plima na Zemlji gleda ka Mesecu: duge ose deformacije su poravnate sa rastojanjem od Zemlje do Meseca. Isto je i sa drugim planetama i njihovim satelitima ili sa parovima tesnih dvojnih zvezda.

Nasuprot tome, u SXS filmu duge ose deformacija su paralelne jedna drugoj ali normalne na pravac međusobnog rastojanja. Za razliku od Zemlje i Meseca, dve bliske crne rupe su očigledno okrenute jedna drugoj svojim najkraćim stranama!

To izgleda potpuno suprotno našoj intuiciji o tome kako rade gravitacija i plimske sile. Ali nije u pitanju naravno nikakva greška, već izvanredna vizualizacija prirode crnih rupa.

Horizont crne rupe nije granica nekog materijalnog objekta kao što je to površina zvezde ili planete. Sva masa crne rupe pala je u njen centar. Klasična fizika nam kaže da je ta masa sažeta na beskonačno mali obim i da ima beskonačno veliku gustinu. To je takozvani singularitet crne rupe. Kvantna fizika nam kaže da takvo sažimanje na beskonačno malu zapreminu nije moguće. U kakvom je tačno stanju materija u centru ili blizu centra crne rupe predstavlja predmet raznih špekulacija, hipoteza, i parcijalnih matematičkih otkrića, ali za sada bez potpunog razumevanja unutrašnje strukture ovih objekata.

Ono što znamo je da horizont crne rupe predstavlja granicu u prostoru. Ako je svemirski brod unutar te sfere potrebna mu je brzina veća od brzine svetlosti da izađe. U takvoj situaciji ni svemirski brod, ni njegova slika ni signali koje šalje ne mogu da izađu. Zato je crna rupa “crna.”

Međutim ako je u blizini neka druga masa – planeta, zvezda, ili kao u ovom filmu, još jedna crna rupa, naš svemirski brod sada ima pomoć! Pošto ga ta masa vuče na svoju stranu sada je dovoljna brzina manja od brzine svetlosti da se udalji od centra svoje crne rupe.

Granica ispod koje nema izlaza zato je sada pomerena bliže centru desne crne rupe gde ni pomoć leve crne rupe više nije dovoljna! Okrugli horizont crne rupe je deformisan:

Iz istog razloga biće deformisan i oblik objekta levo, u ovom slučaju druge crne rupe. Ta deformacija prostora je upravo to što vidimo u ovoj brilijantnoj animaciji kao bundevasti oblik dve bliske crne rupe.

Za razliku od Zemlje i Meseca, ovde se dakle ne radi o plimskom pomeranju materijalnih objekata, kao što je na primer voda u okeanu, već o deformaciji samog prostora. Izvesna deformacija je prisutna oko svake mase, ali je obično mala, pa nam zato izgleda kao da se površina okeana pomerila u “apsolutnom” prostoru koji postoji nezavisno od objekata u njemu. U slučaju koji je prikazan u ovom filmu mi mnogo lakše “vidimo” da je priroda gravitacije u zakrivljenosti prostora, jer je površina crne rupe granica vidljivog prostora koji čini naš svemir.

Najnoviji metod kojim smo videli crne rupe

Šta se dešava sa materijom unutar crne rupe?

Kolarac: Crne rupe u vasioni i laboratoriji - tonski zapis