Czym jest horyzont zdarzeń? Czy można zza niego powrócić?

● Zgodnie ze szczególną teorią względności Alberta Einsteina, nic nie może podróżować w przestrzeni szybciej niż prędkość światła. To pozwala wskazać, czym jest horyzont zdarzeń: jest to punkt, z którego nie można wrócić. Czy możliwe jest zatem, by przekroczyć horyzont zdarzeń?

● Albert Einstein podkreśla, że nie da się obserwować żadnego wydarzenia, które ma miejsce na tej granicy – za horyzontem zdarzeń nie widać nic.

● W artykule wyjaśniamy, co to jest horyzont zdarzeń, jakie ma on znaczenie i czy mimo wszystko można z niego powrócić. Piszemy również o Teleskopie Horyzontu Zdarzeń.

Nie można wskazać, czym jest horyzont zdarzeń, bez wskazania na pierwsze zdjęcie czarnej dziury – to na nim widać ostatni cień, czyli głęboką, czarną poświatę, która może pochłaniać całe światło i nie wypuścić go ponownie. Co to oznacza w praktyce? Jest to ostatni cień przed głęboką czernią, która jest w stanie pochłonąć całe światło, aby nie wypuścić go ponownie. Pojęcie to wyjaśnia Teleskop Horyzontu Zdarzeń (angielskie Event Horizon Telescope – EHT), czyli międzynarodowy program naukowy, którego celem jest obserwacja przestrzeni kosmicznej, znajdującej się w bezpośredniej bliskości czarnej dziury.

Teleskop Horyzontu Zdarzeń dokonuje obserwacji z rozdzielczością kątową, którą można porównać do rozmiarów horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Horyzont zdarzeń czarnej dziury łączy się bezpośrednio z prędkością ucieczki obiektu. Jest to taka prędkość, którą należałoby przekroczyć, by pokonać przyciąganie grawitacyjne. Wzrasta ona w miarę zbliżania się do czarnej dziury, a zjawisko to dokładnie omawia i wyjaśnia Teleskop Horyzontu Zdarzeń. Aby to zobrazować, warto wyobrazić sobie, że horyzont zdarzeń to otoczenie czarnej dziury, stanowiące swoisty próg, w którym prędkość ucieczki przewyższa prędkość światła.

ZOBACZ TEŻ: Czarna dziura i dżet. Polak z Uniwersytetu Harvarda o przełomowym zdjęciu, nad którym pracował

Horyzont zdarzeń jest swoistym progiem, po którego przekroczeniu nie ma już powrotu. Można więc powiedzieć, że wszystko, co trafi do czarnej dziury, na zawsze znika ze Wszechświata. Wynika to z faktu, że siła grawitacji jest tak silna, że nie istnieją inne siły mechaniczne, które byłyby w stanie ją pokonać. Jak wskazał prof. Avi Loeb, astrofizyk z Uniwersytetu Harvarda: horyzont zdarzeń jest ostatecznym murem więzienia, do którego można wejść, ale nigdy nie wyjść.

Co zatem dzieje się, kiedy przedmiot zbliża się do horyzontu zdarzeń? Dochodzi do tego, że obraz przedmiotu zaciemnia się, a emitowane przez niego światło zniekształca się w wyniku działania sił grawitacji. Następnie przedmiot powoli znika, stając się niewidzialnym dla obserwatorów. Nie ma już możliwości jego powrotu.

Kwestię przenikania do czarnej dziury omawia szczegółowo Teleskop Horyzontu Zdarzeń, ale nie tylko: zagraniczne publikacje naukowe wskazują, co to jest horyzont zdarzeń oraz w jaki sposób można w nim znaleźć osobliwość czarnej dziury, w której to obiekt zapada się w nieskończoność. Oznacza to nic innego, jak załamanie się znanych ludzkości praw fizyki, ponieważ w efekcie tkanka przestrzeni i czasu również zakrzywia się do nieskończonego stopnia.

Nazwa horyzont zdarzeń nawiązuje do faktu, że wewnątrz czarnej dziury nie można zaobserwować żadnego zdarzenia. Jest to zatem swoisty horyzont, poza którym nie można już niczego dostrzec. Hipoteza swoistej bariery zakłada, że wszystkie osobliwości są ukryte pod horyzontem zdarzeń i nie da się w tym przypadku pokonać praw fizyki. W teorii każda masa może być wystarczająco skompresowana, aby mogła powstać czarna dziura – np. Słońce stałoby się czarną dziurą wówczas, gdyby jego masa mieściła się w sferze o średnicy około 2,5 km.

EHT (Event Horizon Telescope) to powstały w skali planety układ ośmiu naziemnych radioteleskopów – układ powstał w ramach międzynarodowej współpracy, a jego rolą jest przechwytywanie obrazów czarnej dziury. Naukowcy zajmujący się EHT wskazują, co to jest horyzont zdarzeń i wyjaśniają na konferencjach naukowych, czy można przekroczyć horyzont zdarzeń. Co istotne, jako pierwsi przedstawili też dowód na to, że udało im się przechwycić obraz czarnej dziury, a tym samym przedstawili pierwszy bezpośredni dowód na istnienie supermasywnej czarnej dziury w centrum Messier 87 oraz jej cienia.

Teleskopy, które tworzą EHT, nie są fizycznie połączone, ale możliwa jest ich synchronizacja z zegarami atomowymi, które precyzyjnie odmierzają czas obserwacji. Każdy z teleskopów uzyskał duże ilości danych, a same obserwacje zostały zebrane przy długości fali 1,3 mm w 2017 roku. Następnie przeanalizowały je specjalistyczne komputery – korelatory, znajdujące się w Instytucie Radioastronomii Maxa Plancka i Obserwatorium MIT Haystack. Dzięki temu udało się uzyskać obraz, który został zaprezentowany w czasie konferencji naukowców z EHT i który potwierdza, że poza horyzontem zdarzeń nie ma powrotu do Wszechświata.

ZOBACZ TEŻ: Stephen Hawking: czarne dziury to nie więzienia. Mogą być też portalami do innych wszechświatów

Źródła Charles Q. Choi, "What Exactly Is a Black Hole Event Horizon (and What Happens There) "space.com/black-holes-event-horizon-explained.html "Horyzont zdarzeń", meteorologiaenred.com/pl/horizonte-de-sucesos.html, "Event horizon", Study Astronomy Online at Swinburne University, astronomy.swin.edu.au/cosmos/e/Event+Horizon,  "What is an Event Horizon?", universetoday.com/42471/event-horizon/