Czarne Dziury i Białe Dziury: To nie prawdziwe dziury (ale zdecydowanie kosmiczni ciekawscy!)

Bądźmy całkowicie jasni: pomimo ich nieco mylących nazw, ani czarne dziury, ani białe dziury nie są dosłownymi „dziurami”. W zasadzie są to obiekty (lub w przypadku białych dziur – hipotetyczne zjawiska), którym my, ludzie, nadaliśmy „kolorowe” nazwy. Dlaczego? Bo astronomia lubi trochę poetyckiego smaku!

Czarne Dziury: Nie dziura, lecz niezwykle gęsty obiekt

Termin „czarna dziura” może sprawiać wrażenie, że to jak kosmiczny odpływ, wciągający wszystko do środka, ale w rzeczywistości jest to niezwykle gęsty obiekt fizyczny. Wyobraź sobie, że masa wszystkich gwiazd (lub kilku gwiazd, jeśli chcesz czegoś większego) jest upakowana w tak małą objętość, że grawitacja nie pozwala światłu odbić się od powierzchni. Każdy foton, który zbliży się zbyt blisko, po prostu utknie.

Dlaczego w nazwie jest słowo „czarna”? Proste: jeśli światło nie może uciec, nie możemy go zobaczyć odbitego – dlatego obiekt wygląda na czarny na tle kosmosu. A „dziura”? Historycznie ludzie myśleli, że coś, co może uwięzić materię i światło, musi być przepaścią. Ale uspokój się, to nie jest magiczna brama do nigdzie; to obiekt fizyczny o niezwykle silnej grawitacji.

Białe Dziury: „Obiekty typu gwiazda”, które nazywamy dziurami

Teraz odwróćmy sytuację: jeśli „czarna dziura” pochłania całe światło i materię, „biała dziura” byłaby czymś, co swobodnie emituje światło i materię. Ale tu jest ciekawostka: to brzmi jak gwiazda – świecąca kula gazu, emitująca energię na zewnątrz. W rzeczywistości możemy udawać, że nie wiemy, skąd pochodzi materia (czyli kosmiczne paliwo), i po prostu powiedzieć, że cały czas emituje energię. Oto „biała dziura” – w zasadzie tak zachowują się gwiazdy.

Formalnie w fizyce teoretycznej „biała dziura” jest uważana za interesujący odpowiednik czarnej dziury (występuje w niektórych matematycznych rozwiązaniach), ale w rzeczywistości to po prostu każda świecąca gwiazda, emitująca energię. Żadnych egzotycznych fizycznych sztuczek – żadnych międzywymiarowych piekarni rozdających nieskończone rogaliki.

Analogia kosmicznej „piekarni” (ale nie zagłębiajmy się w ciemną energię)

Ludzie często porównują hipotetyczną białą dziurę do piekarni, która magicznie produkuje bułeczki bez ciasta. To piękny (i pobudzający apetyt) obraz, ale zasadniczo bardziej pasuje do koncepcji ciemnej energii – a to już zupełnie inny kosmiczny „worek robaków” (lub kosmiczne rogaliki), którego tu nie będziemy omawiać. Lubimy żarty, ale trzymajmy się porządku.

W rzeczywistości gwiazda (ten emitent energii) ma swój wewnętrzny zapas „paliwa” – wodór, hel itd. – więc nie tworzy energii ex nihilo („z niczego”). Innymi słowy, to nie jest piekarnia bez mąki; to dobrze zaopatrzona kosmiczna kuchnia. Tak więc biała dziura w czysto teoretycznym sensie pozostaje bardziej matematyczną ciekawostką niż codziennym obiektem astrofizycznym.

Dlaczego to jest zarówno zabawne, jak i niezwykle ważne

Zabawna część: ludzie lubią nadawać rzeczom dramatyczne nazwy. „Czarne dziury” nie są prawdziwymi dziurami, „białe dziury” mogą być dziwnie opisanymi świecącymi gwiazdami, a „ciemna energia” czasem jest włączana do analogii z bułeczkami. Astronomowie naprawdę mają skłonność do teatralności – poczekaj, aż usłyszysz o „spagetyfikacji”.

Ważna część: rozumiejąc te kosmiczne fakty, rozwiewamy tajemnicę Wszechświata. Kiedy rozumiemy, że czarne dziury to niezwykle gęste ciała niebieskie, a nie fantastyczne portale, a białe dziury to w zasadzie teoretyczni emitenci energii (w zasadzie podobni do gwiazd), możemy skupić się na prawdziwej nauce: pomiarze fal grawitacyjnych, fotografowaniu „cieni” czarnych dziur i rozwiązaniu zagadki wielkiego obiegu energii Wszechświata.

Myśli końcowe: Żadnych prawdziwych dziur w tej historii

Ostatecznie czarne dziury to niezwykle zwarte obiekty rządzone siłami grawitacji, które nie pozwalają światłu uciec, a białe dziury (ściśle mówiąc w teorii) bardziej przypominają wytworne matematyczne gwiazdy niż prawdziwe dziury. Nasza ulubiona „analogia piekarni” może skłonić do myślenia o ciemnej energii, ale to już inna kosmiczna historia.

Tak więc czarne i białe dziury mogą mieć mylące nazwy, ale doskonale ukazują skrajności Wszechświata: jedna strona – materia uwięziona, druga strona – energia emitowana. Czy to nie jest idealna kosmiczna komedia? Odkrywamy największe tajemnice Wszechświata, tylko po to, by dowiedzieć się, że „dziura” to tylko figura retoryczna. Nauka może być niezwykle zabawna – i właśnie dlatego jest tak ważna.

Dodatkowe źródła & Kosmiczne żarty

• Event Horizon Telescope: Prawdziwe obrazy czarnych dziur (patrz, mamo – żadnych odbitych świateł!)
• LIGO Scientific Collaboration: Fale grawitacyjne z kolidujących „nie-dziur”
• Podstawowa fizyka gwiazd: Każda gwiazda jest w zasadzie „białą dziurą” z jądrową „kuchnią”
• Ciemna energia: Wszechświatowa „piekarnia bez dna”, ale zostawmy ją na boku!