5 miesięcy temu

Jak wygląda wnętrze czarnej dziury?

Dzięki matematyce możemy zajrzeć do ich środka.
czarna-dziura-1

Dzięki dwóm bezpośrednim obserwacjom fal grawitacyjnych, które prawdopodobnie powstały z połączenia się dwóch czarnych dziur, naukowcy mogą być dość pewni faktycznego istnienia czarnych dziury.

Jednak jak czarna dziura wygląda możemy się tylko domyślać, ponieważ nigdy nie byliśmy w stanie zajrzeć do wnętrza żadnej z nich. Dlaczego?

Za sprawą ich ogromnej grawitacji, wyłapującej każdy kawałek materii, jaki dostanie się w horyzont zdarzeń, gdzie prędkość ucieczki (lub prędkość potrzebna do ucieczki przed polem grawitacyjnym czarnej dziury) jest równa prędkości światła – nawet światło nie może z niej uciec.

Oznacza to, że żadne z urządzeń wymyślonych przez ludzkość nie może zobaczyć, co dzieje się wewnątrz tych tajemniczych obiektów. Zamiast tego naukowcy używają więc matematyki.

Według nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z John Hopkins and Towson University, aby dowiedzieć się, co znajduje się wewnątrz czarnej dziury, naukowcy powinni skupić się na wielkościach matematycznych zwanych niezmiennikami.

Wcześniej fizycy budowali swoją wizję wnętrza czarnych dziur w oparciu o skoordynowanie i dopasowanie do siebie współrzędnych matematycznych. Jednak ta metoda nie jest pozbawiona wad. W zależności od wybranych współrzędnych i pozycji jako obserwatora, można uzyskać bardzo zróżnicowane wyniki. Dlatego aby prawidłowo zobrazować właściwości czarnych dziur posłużyć należy się współrzędnymi niezmiennymi.

Istnieje 17 niezmiennych właściwości powiązanych z krzywizną czasoprzestrzeni, które mogą pomóc w badaniu wnętrz czarnych dziur, jednak ze względu na istniejące pomiędzy nimi powiązania matematyczne, tylko 5 z nich może być traktowanych jako całkowicie niezależne.

Wykorzystując te pięć wartości naukowcy zobrazowali wnętrze czarnej dziury, uzyskując efekt „o wiele piękniejszy i bardziej skomplikowany niż zazwyczaj myślimy”.

Oto jaki obraz powstał na skutek symulacji komputerowej. Obraz ten wygląda zupełnie inaczej niż standardowy wizerunek czarnych dziur, a jej krzywizna jest „daleka od stałej”.

czarna-dziura-wnetrze

r (promień horyzontu zdarzeń) we współrzędnych sferycznych. Źródło: Richard Conn Henry, James Overduin, and Kielan Wilcomb.

Korzystając z wyników tych badań inni naukowcy mogą tworzyć teraz modele hipotetycznych czarnych dziur w oparciu o możliwe zmienne koordynaty, dając nam głębszą wiedzę o tych tajemniczych obiektach.