Als u eenmaal de waarnemingshorizon van een zwart gat betreedt, verlaat u deze nooit meer. Er is geen snelheid die je kunt oppikken, zelfs niet de snelheid van het licht, om je eruit te krijgen. Maar in de algemene relativiteitstheorie is de ruimte gekromd in de aanwezigheid van massa en energie, en het samensmelten van zwarte gaten is een van de meest extreme scenario's voor een dergelijke kromming. Is er een manier om in een zwart gat te komen, de waarnemingshorizon over te steken en dan weer weg te gaan als de waarnemingshorizon wordt gebogen door een enorme fusie?
Kan materie binnen de waarnemingshorizon van één zwart gat ontsnappen wanneer twee zwarte gaten samensmelten? Kunnen ze oppakken en migreren naar een ander (groter zwart gat)? Hoe zit het met het overschrijden van beide horizonten?
Dit idee is absoluut gek. Maar is ze gek genoeg om te werken? Natuurkundige Ethan Siegel zal ons helpen deze vraag te beantwoorden.
Wanneer een voldoende massieve ster ophoudt te bestaan, of wanneer twee voldoende massieve sterresten samensmelten, kan een zwart gat ontstaan met een waarnemingshorizon die evenredig is met zijn massa en een aanwasschijf waarin de materie rond het zwarte gat wervelt.
Een zwart gat ontstaat in de regel tijdens het ineenstorten van de kern van een massieve ster, hetzij na een supernova-explosie, hetzij na een samensmelting van neutronensterren, hetzij tijdens een directe ineenstorting. Voor zover we weten, wordt elk zwart gat gevormd uit materie die ooit deel heeft uitgemaakt van een ster, dus zwarte gaten zijn in veel opzichten de ultieme overblijfselen van sterren. Sommige zwarte gaten vormen zich geïsoleerd; andere worden onderdeel van een duaal systeem. Na verloop van tijd kunnen zwarte gaten niet alleen spiraalvormig en samenvloeien, maar ook andere materie absorberen die in de waarnemingshorizon valt.
In een Schwarzschild-zwart gat leidt naar binnen vallen naar singulariteit en duisternis. Het maakt niet uit in welke richting je reist, hoe je accelereert, enzovoort, het overschrijden van de waarnemingshorizon betekent een onvermijdelijke botsing met een singulariteit.
Promotie video:
Wanneer iets van buitenaf de waarnemingshorizon van het zwarte gat overschrijdt, is het gedoemd. Binnen enkele seconden bereikt het object een singulariteit in het midden van het zwarte gat: punten voor een niet-roterend zwart gat en ringen voor een roterend gat. Het zwarte gat zelf weet niet meer welke deeltjes erin vielen of wat hun kwantumtoestand is. In plaats daarvan is alles wat overblijft, in termen van informatie, de totale massa, lading en impulsmoment van het zwarte gat.
In de laatste fase, voorafgaand aan de fusie, zal de ruimtetijd rond het zwarte gat worden verstoord doordat materie vanuit de omgeving in beide zwarte gaten blijft vallen. Ga er in geen geval vanuit dat er iets kan ontsnappen aan de horizon van de gebeurtenis.
Men kan zich dus een scenario voorstellen waarin materie in een zwart gat valt tijdens de laatste fase van een fusie, wanneer het ene zwart gat op het punt staat te versmelten met het andere. Omdat zwarte gaten altijd accretieschijven moeten hebben en materie constant in het interstellaire medium vliegt, zullen deeltjes constant de waarnemingshorizon passeren. Alles is hier eenvoudig, dus laten we eens kijken naar een deeltje dat vóór de laatste momenten van de fusie in de waarnemingshorizon viel.
Kon ze theoretisch ontsnappen? Kun jij van het ene zwart gat naar het andere "springen"? Laten we de situatie eens bekijken in termen van ruimte-tijd.
Computersimulatie van twee samensmeltende zwarte gaten en de kromming van ruimte-tijd die erdoor wordt veroorzaakt. Hoewel zwaartekrachtgolven constant worden uitgezonden, kan materie zelf niet ontsnappen.
Wanneer twee zwarte gaten samenkomen, doen ze dat na een lange periode van spiraalsgewijs bewegen, waarbij energie wordt uitgezonden in de vorm van zwaartekrachtgolven. Tot de allerlaatste momenten voor de fusie wordt de energie uitgestoten en vliegt weg. Maar dit kan er niet toe leiden dat de waarnemingshorizon of zelfs het zwarte gat samentrekt; in plaats daarvan komt energie uit ruimte-tijd in het massamiddelpunt, dat steeds meer vervormt. Met zo'n succes zou het mogelijk zijn om energie van de planeet Mercurius te stelen; het zou dichter naar de zon draaien, maar zijn eigenschappen (of eigenschappen van de zon) zouden op geen enkele manier veranderen.
Wanneer de laatste momenten van de fusie echter aankomen, worden de gebeurtenishorizons van de twee zwarte gaten vervormd door de zwaartekracht van elkaar. Gelukkig hebben relativisten al numeriek berekend hoe samenvoegen de horizon van evenementen beïnvloedt, en het is indrukwekkend informatief.
Ondanks het feit dat tot 5% van de totale massa zwarte gaten vóór het samenvloeien kan worden uitgestoten in de vorm van zwaartekrachtgolven, trekt de waarnemingshorizon nooit samen. Het belangrijkste is dat als je twee zwarte gaten van gelijke massa neemt, hun gebeurtenishorizon een bepaalde hoeveelheid ruimte in beslag neemt. Wanneer gecombineerd om een zwart gat met dubbele massa te creëren, zou het volume van de ruimte ingenomen door de horizon vier keer het oorspronkelijke volume van de gecombineerde zwarte gaten zijn. De massa van zwarte gaten is recht evenredig met hun straal, maar het volume is evenredig met de kubus van de straal.
Hoewel we veel zwarte gaten hebben gevonden, is de straal van elke waarnemingshorizon recht evenredig met de massa van het gat, en dit is altijd het geval. Verdubbel de massa, verdubbel de straal, maar het gebied verviervoudigt en het volume verviervoudigt.
Het blijkt dat zelfs als je het deeltje in de meest bewegingsloze toestand in het zwarte gat houdt en het zo langzaam mogelijk naar de singulariteit valt, het er niet uit kan. Het totale volume van uitgelijnde gebeurtenishorizons neemt toe tijdens fusies van zwarte gaten, en ongeacht het traject van een deeltje dat de gebeurtenishorizon kruist, het is gedoemd te worden opgeslokt door de gecombineerde singulariteit van beide zwarte gaten.
In veel scenario's van astrofysica treden uitwerpingen op wanneer materie tijdens een ramp uit een object ontsnapt. Maar in het geval van samensmelting van zwarte gaten, blijft alles binnenin; het meeste van wat er buiten was, wordt naar binnen gezogen en slechts een klein beetje van wat er buiten was, kan ontsnappen. Als je in een zwart gat valt, ben je gedoemd. En een ander zwart gat zal de machtsverhoudingen niet veranderen.
Ilya Khel
