Što vreba u središtu crne rupe? Proučavanje prostorno-vremenskih valova nastalih sudarom crnih rupa moglo bi otkriti odgovor. 

Crne rupe su neki od najzagonetnijih objekata u svemiru. To je djelomično zato što se jednadžbe opće relativnosti koje koristimo za njihovo razumijevanje kvare kada proučavamo ultra-guste centre crnih rupa. Međutim, novi rad pokazuje kako bi astronomi jednog dana mogli prevladati ovaj izazov korištenjem gravitacijskih valova da "vide" unutar crnih rupa koje se stapaju i saznaju od čega su zapravo napravljene, piše Live Science. 

U Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, crne rupe su objekti koji sprječavaju svjetlost da pobjegne zbog svoje enormno jake gravitacije. Granica crne rupe poznata je kao horizont događaja — ako prijeđete preko tog praga, nikada nećete izaći. Relativnost također predviđa da su središta crnih rupa točke beskonačno visoke gustoće, poznate kao singulariteti. Prisutnost singulariteta znači da se same jednadžbe raspadaju; u matematici se počinju pojavljivati ​​beskonačnosti koje sprječavaju daljnje izračune. Dakle, znamo da je opća teorija relativnosti nepotpuna. Mora postojati temeljnija teorija, vjerojatno povezana s kvantnom fizikom subatomskih razmjera, koja može ispravno opisati što se događa u središtu crne rupe.

Kako će koristiti valove?

Još nemamo potpunu kvantnu teoriju gravitacije, ali imamo nekoliko kandidata. Na primjer, postoji teorija struna, koja predviđa da su sve čestice u svemiru zapravo napravljene od ultra-sićušnih vibrirajućih struna. Tu je i petlja kvantne gravitacije, koja kaže da je sam prostor-vrijeme napravljen od sićušnih, nedjeljivih dijelova poput piksela na zaslonu računala.

Oba ova pristupa mogu zamijeniti tradicionalnu singularnost u središtu crne rupe nečim drugim. Ali kada zamijenite singularnost, obično također eliminirate horizont događaja. To je zato što je horizont događaja uzrokovan beskonačnim gravitacijskim privlačenjem singularnosti. Bez singularnosti, gravitacijska sila je samo nevjerojatno jaka, ali ne i beskonačna, tako da uvijek možete pobjeći iz blizine crne rupe sve dok bježite dovoljnom brzinom. U nekim varijantama teorije struna, singularnost i horizonti događaja zamijenjeni su isprepletenim mrežama zamršenih čvorova prostorvremena. U petljastoj kvantnoj gravitaciji, singularnost postaje neki iznimno mali, iznimno gusti grumen egzotične materije. U drugim modelima, cijela crna rupa zamijenjena je tankom ljuskom materije ili nakupinama novih vrsta spekulativnih čestica.

S najbližim poznatim crnim rupama udaljenim tisućama svjetlosnih godina, teško je testirati ove modele. Ali povremeno nam crne rupe šalju ključne informacije, posebno kada se spoje. Kada to učine, oslobađaju bujice gravitacijskih valova, koji su valovi u prostor-vremenu koji se mogu detektirati osjetljivim instrumentima na Zemlji, poput Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i VIRGO eksperimenata. Do sada se sva opažanja spajanja crnih rupa slažu s modelom crne rupe boje vanilije koji predviđa opća teorija relativnosti.

Kako funkcionira

No, to bi se moglo promijeniti u budućnosti kako nove generacije opservatorija za gravitacijske valove postanu online, sugerira rad objavljen 30. studenog u časopisu arXiv. Ključ nisu gravitacijski valovi emitirani tijekom samog spajanja, već oni emitirani odmah nakon, prema novinama. Kada se spajanje završi i dvije crne rupe postanu jedan objekt, nova spojena masa vibrira intenzivnom količinom energije, poput udarenog zvona. Ova "ringdown" faza ima jasan potpis gravitacijskih valova. Proučavajući te potpise, istraživači bi jednog dana mogli reći koje teorije o crnim rupama stoje, a koje ne. Svaki model crne rupe predviđa razlike u gravitacijskim valovima emitiranim tijekom faze spuštanja prstena, koje proizlaze iz razlika u unutarnjoj strukturi crne rupe. S različitim strukturama crnih rupa, izlaze različite vrste gravitacijskih valova. Astronomi se nadaju da će sljedeća generacija detektora gravitacijskih valova biti dovoljno osjetljiva da otkrije ove predviđene male promjene u sićušnom potpisu. Ako to učine, radikalno će promijeniti naše poimanje crnih rupa i pomaknuti nas naprijed u razotkrivanju njihovih najdubljih misterija.