Co by się stało, gdybyśmy wpadli do czarnej dziury?

Czarna dziura to obszar czasoprzestrzeni, w którym panuje tak silna grawitacja, że nic łącznie ze światłem nie może go opuścić. Aby powstała czarna dziura trzeba skompresować dostatecznie dużo masy w odpowiednio małej objętości. Przykładowo, gdybyśmy chcieli zmienić Ziemię w czarną dziurę, musielibyśmy ją skompresować do rozmiaru kulki winogrona. Oczywiście jedynie w teorii, gdyż w praktyce nie istnieje metoda na dokonanie czegoś takiego. Czarne dziury powstają w wyniku zapadania grawitacyjnego bardzo masywnych gwiazd pod koniec ich życia. Gdy gwiazda się wypala i nie jest już w stanie utrzymać wysokiej temperatury, zaczyna się zapadać, aż zmieni się w niewielki punkt zwany osobliwością. Jest to miejsce, gdzie krzywizna czasoprzestrzeni staje się nieskończona, a oddziaływanie grawitacyjne nieskończenie silne. Oznacza to, że we wnętrzu osobliwości panuje zupełnie inna fizyka. Nazwę wymyślił fizyk John Wheller w 1969 roku. Szacuje się, że tylko w naszej galaktyce znajduje się 300 czarnych dziur, a w całym kosmosie dziesiątki milionów. Teraz pozostaje pytanie: co by się stało, gdybyśmy wpadli do czarnej dziury?

Zbliżając się do czarnej dziury zaczniemy obserwować zjawisko zwane soczewkowaniem grawitacyjnym. Czarna dziura pozostanie idealnie czarna, jednak jej otoczenie zacznie „zawijać się” wokół niej. Spowodowane jest to zakrzywieniem promieni świetlnych wokół czarnej dziury. Dalej robi się jeszcze dziwniej. Docieramy do tzw. orbity fotonowej. W sferze tej światło orbituje wokół czarnej dziury, tak jak księżyc orbituje wokół ziemi. Przyciąganie nie jest dostatecznie silne, aby światło wchłonąć, jednak jest dostatecznie silne, aby nie pozwolić mu uciec z orbity. Gdy znajdziemy się na orbicie fotonowej, możemy zobaczyć samego siebie od tyłu. Światło odbite od naszego tyłu głowy zatoczy pełne koło po orbicie i trafi do naszych oczu. Jeśli zaświecimy latarką, to światło zacznie nas oświetlać z tyłu. Niestety, jeśli nie jesteśmy odpowiednio zabezpieczeni stanie nam się krzywda. Po tej samej orbicie krążą promienie gamma i rentgenowskie, które szybko nas usmażą.

Kolejny przystankiem na naszej drodze jest horyzont zdarzeń. Jest to granica w czasoprzestrzeni, po której przekroczeniu nic nie jest w stanie wrócić. Dlaczego? Związane jest to z prędkością ucieczki. Jest to prędkość, jaką musi mieć obiekt, aby mógł opuścić pole grawitacyjne. Aby odlecieć z Ziemi, rakiety kosmiczne muszą osiągnąć prędkość 11.2 kilometra na sekundę (40320 kilometrów na godzinę). Po przekroczeniu horyzontu zdarzeń prędkość ucieczki z czarnej dziury jest większa niż prędkość światła, a nic nie jest w stanie podróżować szybciej od światła. Nie ma już odwrotu.

Światło nie jest jedyną rzeczą zakrzywianą przez czarną dziurę. Zaburzony zostaje także czas. Spadamy coraz szybciej, jednak dla obserwatora spadamy w łagodny i powolny sposób, po czym niemal zatrzymujemy się w miejscu, jakbyśmy wylądowali. Następnie, gdy zbliżamy się do horyzontu zdarzeń, dla obserwatora po prostu zaczynamy powoli zanikać, niczym wyblaknięta fotografia.

My sami tymczasem przed sobą widzimy jedynie jednolitą czerń czarnej dziury. Po odwróceniu głowy zobaczymy jednak coś dziwnego. Cały widzialny obszar kosmosu skompresowany został do niewielkiego okręgu, pomniejszającego się wraz z naszym spadaniem. Zupełnie jakbyśmy parzyli na wszechświat przez jakąś lunetę.

W zależności od rozmiaru czarnej dziury w końcu docieramy do punktu, w którym czeka na nas niechybna śmierć. W przypadku supermasywnej dziury jest to obszar głęboko za horyzontem zdarzeń, a w przypadku mniejszej moglibyśmy zginąć jeszcze przed jego przekroczeniem. Nie byłaby to jednak zwykła śmierć – umarlibyśmy przez…spagettifikację. Wewnątrz czarnej dziury powstają tzw. siły pływowe. Cześć naszego ciała znajdująca się bliżej horyzontu zdarzeń jest przyciągana bardziej niż ta oddalona. Oznacza to, że nasze ciało zostanie rozciągnięte niczym nitka makaronu. Umieranie w ten sposób oznacza wyjątkowo bolesną śmierć. Następnie ciało zostanie rozerwane na molekuły, które zostaną wciągnięte do środka osobliwości. Ponieważ prawa fizyki tam nie obowiązują, nie jesteśmy w stanie powiedzieć co dalej. Istnieją na ten temat jedynie hipotezy. Brytyjski fizyk Stephen Hawking założył, że czarne dziury promieniują. Ma to wyjaśniać, dlaczego nie powiększają się w nieskończoność aż do wchłonięcia całego wszechświata. Promieniująca czarna dziura pomniejsza w ten sposób swoją masę. Teoria ta nazywa się promieniowaniem Hawkinga.

Inna hipoteza zakłada, że czarna dziura jest po prostu skrótem do innego punktu wszechświata. Wyobraźmy sobie czasoprzestrzeń jako rozpiętą siatkę. Na siatkę rzucamy różnego rodzaju kule. Cięższa kula odkształci siatkę bardziej niż lekka. Dokładnie tak działa grawitacja kosmicznych obiektów – planet czy gwiazd. Każdy obiekt posiadający masę w jakiś sposób zakrzywia czasoprzestrzeń, a zakrzywienie to zależne jest od masy obiektu. Pytanie, co się stanie w przypadku obiektu o nieskończenie silnym oddziaływaniu grawitacyjnym? Teoria zakłada, że powstanie tunel czasoprzestrzenny (zwany także mostem Einsteina-Rosena) Tunel ten ma łączyć się z innym punktem wszechświata lub nawet z alternatywnym wszechświatem. Teoria ta jest często wykorzystywana w filmach science fiction.

Wraz z rozwojem technologii będziemy w stanie lepiej badać kosmiczne obiekty i w przyszłości zapewne będziemy mieli więcej informacji o zachowaniu czarnych dziur. Niestety raczej nigdy nie dowiemy się, co dokładnie czyha na nas wewnątrz. Horyzont zdarzeń nie pozwoli uciec niczemu – nawet informacji.

Źródła:

https://astronomy.com/news/2020/07/what-would-happen-if-you-fell-into-a-black-hole

https://apod.nasa.gov/htmltest/gifcity/gotops.html

https://io9.gizmodo.com/at-what-point-would-the-earth-become-a-black-hole-5974372

https://www.space.com/into-a-black-hole-whats-inside.html