Curbura spatiu-timpului Găurile negre exercită cele mai puternice efecte gravitaţionale din întregul Univers. În consecinţă, pot ele oare să devieze lumina atât de mult încât aceasta să orbiteze o gaură neagră? Şi cum ar arăta aceasta dacă am putea supravieţui tentativei de a urmări lumina în această călătorie în jurul unei găuri negre?

 

 

Am primit următoarea întrebare din partea unui cititor: Este posibil ca lumina să orbiteze în jurul unei găuri negre?

Haideţi să începem cu un experiment mental care a fost explicat pentru prima dată chiar de către Newton. Imaginaţi-vă că aţi avea un tun care ar putea trage cu obuze. Un astfel de obuz ar zbura pentru o perioadă de timp prin aer şi apoi s-ar prăbuşi pe pământ. Dacă veţi lansa obuzul cu mai multă putere atunci acesta va zbura mai mult până ce se va prăbuşi din nou pe sol. Dacă aţi putea lansa obuzul suficient de puternic şi veţi ignora rezistenţa la înaintare a aerului atunci acesta ar ajunge să se învârtă în jurul Pământului. În acest caz spunem că obuzul se află pe o orbită în jurul Pământului. El se află în continuare în cădere spre Pământ, dar curbura Pământului este cea care face ca acesta să se afle într-o cădere constantă deasupra orizontului.

Curbura spatiu-timpului
Curbarea spaţiului datorită gravitaţiei

Acest lucru este valabil nu doar pentru obuze, astronauţi şi sateliţi. Lumina se comportă la fel. Aceasta a fost una dintre marile descoperiri ale lui Einstein în ceea ce priveşte natura gravitaţiei. Gravitaţia nu este o forţă de atracţie între mase, ea reprezintă de fapt o deformare a continuumului spaţiu-timp. Atunci când lumina intră în câmpul gravitaţional al unui obiect masiv, traiectoria pe care o parcurge aceasta se curbează pentru a urma curbura spaţiului-timp.


Galaxiile îndepărtate, Soarele şi chiar propria noastră planetă pot cauza devierea razelor de lumină de la traiectoria lor ca urmare a deformării continuumului spaţiu-timp din vecinătatea acestora. Gravitaţia incredibil de mare a unei găuri negre este cea care poate plia spaţiul-timp. Şi da, există o regiune în jurul unei găuri negre unde chiar şi fotonii sunt nevoiţi să se deplaseze pe o orbită în jurul acesteia. De fapt, această regiune este cunoscută sub numele de „sfera de fotoni".

La o distanţă suficient de mare găurile negre acţionează ca orice alt obiect masiv. Dacă aţi înlocui Soarele cu o gaură neagră de aceeaşi masă, atunci Pământul ar continua să se deplaseze în jurul acesteia în exact acelaşi mod în care acesta se învârte in jurul Soarelui. Dar pe măsură ce se apropie tot mai mult de o gaură neagră, obiectele care orbitează în jurul acesteia trebuie să se deplaseze din ce în ce mai repede. Sfera de fotoni este ultima orbită stabilă din jurul unei găuri negre. Şi numai lumina, cea care se deplasează cu viteza ei caracteristică, poate ocupa această orbită.

Imaginaţi-vă că v-aţi putea afla în această sferă de fotoni de lângă o gaură neagră. Acest lucru este imposibil, aşa că ar fi bine să nu încercaţi. Aţi putea îndrepta lumina de la o lanternă într-o direcţie anume şi aţi vedea că aceasta a ajuns în spatele vostru după ce ea a parcurs în întregime orbita sa din jurul găurii negre. Ar trebui, de asemenea, să fiţi supuşi acţiunii radiaţiilor tuturor fotonilor care au fost capturaţi în această regiune. Lumina vizibilă ar putea fi destul de drăguţă, dar radiaţia X şi radiaţia gama v-ar arde ca un cuptor.

gaura neagra
O imagine artistică a unei găuri negre. Credit: ESO/L. Calçada.

Mai jos de sfera de fotoni s-ar putea observa doar întunericul. Am ajunge astfel la orizontul evenimentelor. Deasupra acestuia aţi vedea o imagine distorsionată a Universului datorită efectului gravitaţional foarte intens al găurii negre. Aţi avea tot cerul în faţa voastră, putând vedea chiar şi stelele care nu ar putea fi observate în mod normal din cauza găurii negre şi a căror imagine ar fi deformată de atracţia gravitaţională a găurii negre. Ar fi un loc minunat, dar în acelaşi timp el ar reprezenta sfârşitul pentru orice ar ajunge mai jos de orizontul evenimentelor.



Traducere de Cristian-George Podariu după orbit-black-hole, cu acordul phys.org.