# Căderea într-o gaură neagră: cum se vede cerul pe drumul spre centru

Derulezi și cazi spre o gaură neagră. La marginea ei, de unde nu mai există întoarcere, cerul nu se întunecă: cea mai mare parte a lui este încă plină de stele.

Curbarea luminii este calculată cu ecuațiile relativității generale, pe harta NASA cu 1,7 miliarde de stele văzute de pe Pământ. Inelul de gaz este cel mai simplu model din manuale. Trage de imagine ca să privești în jur.

## La 40 de raze de centru. De aici gaura este un disc negru într-un inel de gaz luminos

Pe această pagină distanțele se numără în raze ale găurii negre. O rază este distanța de la centru până la orizont, suprafața de dincolo de care nu se mai întoarce nimic. Pentru Sagittarius A*, gaura neagră din centrul Căii Lactee, o rază înseamnă 12,7 milioane de km, de aproximativ 18 ori cât raza Soarelui.

Ești la 40 de raze și cazi liber, fără motor. Te miști deja cu 16% din viteza luminii față de oricine ar sta pe loc la această distanță.

## 22 de raze. Lumina vine de la gazul care cade. Gaura nu luminează

Gazul atras de o gaură neagră se rotește în jurul ei, straturile lui se freacă unele de altele și se încing până când luminează. Când un telescop arată direct o gaură neagră, ceea ce arată este acest gaz.

În stânga imaginii, gazul vine spre tine cu o fracțiune mare din viteza luminii și de aceea pare mai strălucitor și mai alb. În dreapta se îndepărtează și pare mai stins și mai roșu.

## 12 raze. Arcul de deasupra este partea din spate a inelului

Inelul de gaz este plat și îl vezi aproape din profil. Arcul de deasupra discului negru este partea inelului aflată în spatele găurii. Lumina ei pornește în sus și este abătută pe deasupra găurii, spre ochii tăi. Arcul mai subțire de dedesubt este fața de jos a aceleiași părți.

Arcul nu a fost desenat de nimeni. Apare când fiecare rază de lumină este urmărită înapoi, de la ochi până la locul din care a plecat.

## 8 raze, fără gaz. Fără gaz, gaura se vede doar ca o lipsă de stele

Fără gaz, gaura neagră nu emite nimic. Este un disc cu diametrul de 25° în care nu se vede nicio stea, iar în jurul lui cerul este deformat.

O stea aflată aproape exact în spatele găurii apare de două ori, câte o dată de fiecare parte. Banda Căii Lactee este întinsă pe marginea discului.

## 3 raze. Marginea interioară a gazului

La mai puțin de trei raze de centru, nicio orbită circulară nu este stabilă. Cine ar sta pe loc la această margine ar vedea gazul trecând cu 50% din viteza luminii. În modelul standard, gazul cade apoi în gaură prea repede ca să mai lumineze.

Treci pe deasupra inelului, la 9° de el, și cazi mai departe, cu 58% din viteza luminii.

## 1,5 raze. Aici lumina însăși poate merge în cerc

La această distanță, lumina trimisă exact în lateral face ocolul găurii negre. Linia subțire și strălucitoare de pe marginea discului negru este lumină care a ocolit gaura cel puțin pe jumătate înainte să ajungă la tine.

Un observator ținut pe loc aici de motoare ar vedea discul negru acoperind exact jumătate din cer. Tu treci cu 82% din viteza luminii, iar pentru tine discul are 71° în diametru: din cauza vitezei, tot ce ai în față pare strâns spre centru.

## 1 rază: orizontul. Orizontul nu este marcat de nimic

Acesta este orizontul. Nu există niciun perete, nicio străfulgerare, nicio zdruncinătură. Discul negru din față are 84° în diametru și acoperă 13% din cer. Restul cerului este în continuare plin de stele. De aici înainte imaginea lasă gazul deoparte: văzută din față și din lateral, lumina lui este făcută alb-albăstruie de viteza ta și ar ascunde stelele.

Un singur lucru se schimbă: ce mai poate pleca de aici. De la orizont spre interior, chiar și lumina trimisă drept în afară înaintează spre centru. Lumina din afară ajunge în continuare la tine. Nimic de la tine nu mai ajunge afară.

## 0,75 dintr-o rază, cu privirea înapoi. În urma ta, universul este tot acolo

Întoarce-te. Cerul dinspre care ai venit este tot acolo, întreg. Nimic de pe el nu se mișcă mai repede și nu vezi viitorul universului derulându-se.

O stea ca Soarele aflată drept în urma ta pare acum de aproximativ 170 de ori mai slabă decât de departe și mai roșie, fiindcă te îndepărtezi de lumina ei cu viteză foarte mare. Expunerea imaginii a fost mărită ca să se vadă stelele.

## 0,4 dintr-o rază, cu privirea în lateral. Cerul se strânge într-o bandă

În față, discul negru crește mereu. Cerul care se mai vede este împins spre o linie din jurul mijlocului tău, perpendiculară pe direcția căderii. De-a lungul ei lumina devine alb-albăstruie și tot mai puternică.

Cauza este aceeași forță mareică ce trage de un corp în cădere: întinde pe direcția căderii și strânge de-a curmezișul.

## 0,04 dintr-o rază. Ultimul lucru care se vede este un inel de lumină

Atât de aproape de centru, discul negru acoperă 40% din cer și se apropie de jumătate. În urma ta stelele s-au înroșit, apoi au devenit prea slabe ca să se mai vadă. Aproape toată lumina pe care o mai poți vedea este strânsă într-un singur inel subțire, orbitor.

La Sagittarius A*, căderea de la orizont până aici durează 28 de secunde după ceasul tău. Ecuațiile nu descriu centrul, așa că imaginea se oprește aici.

## Cât ar dura căderea și unde ar începe să te sfâșie gaura neagră?

Imaginea este aceeași la orice gaură neagră. Se schimbă doar scara: la o gaură mai mare, căderea este mai lentă și mai blândă. Alege una dintre patru găuri negre reale și scrie-ți înălțimea.

Răul îl face forța mareică: gravitația trage mai tare de capătul corpului aflat mai aproape de gaură. Pragul folosit aici este o diferență de 10 g între cap și picioare, luată drept limita a ceea ce poate îndura un corp. Piloții de vânătoare suportă viraje de 9 g, dar un viraj apasă tot corpul într-o singură direcție, pe când forța mareică îi trage capetele în sensuri opuse.

La Sagittarius A*, un om de 1,70 m trece orizontul nevătămat și mai are 28,2 secunde până în centru.

Orizontul are 25,4 milioane de km în diametru, de 18,2 ori cât diametrul Soarelui. În spațiul gol, lumina ar parcurge această distanță în 84,7 secunde.

La orizont, diferența de atracție dintre cap și picioare este de 96,7 milionimi de g. Ajunge la 10 g abia la 270.000 de km de centru, cu 87,8 miimi de secundă înainte de sfârșit.

De la orizont până în centru, căderea durează 28,2 secunde după ceasul celui care cade.

## Se oprește timpul la orizont?

Pentru cine privește de departe, practic da. Ceasul tău pare să meargă tot mai încet, imaginea ta se înroșește și pălește, iar privitorul nu te vede niciodată trecând.

După ceasul tău nu se întâmplă nimic de felul acesta. Treci orizontul și ajungi în centru în timpul de mai sus.

Încetinirea este reală pentru cine rămâne lângă gaură fără să cadă, ținut pe loc de motoare. Tabelul arată cât timp trece departe de gaură într-o oră petrecută pe loc la fiecare distanță. Exact la orizont, niciun motor nu te mai poate ține pe loc.

## Ce arată cele două fotografii de găuri negre

Două găuri negre au fost fotografiate, amândouă cu Event Horizon Telescope, o rețea de radiotelescoape de pe mai multe continente care lucrează ca unul singur. Fiecare fotografie arată un inel de gaz luminos în jurul unui centru întunecat. Imaginea este neclară, fiindcă inelul este la limita a ceea ce pot distinge telescoapele.

Centrul întunecat este locul în care se află discul negru de pe această pagină, văzut de foarte departe, iar inelul luminos ar trebui să fie aproape de marginea lui. La o gaură care nu se rotește, discul are diametrul de 5,2 ori cât raza găurii. Cât înseamnă asta pe cer depinde doar de două valori: masa găurii și distanța până la ea.

Pentru Sagittarius A*, amândouă valorile provin din stele urmărite zeci de ani pe orbitele lor în jurul găurii, așa că mărimea putea fi calculată înainte să existe o fotografie. Rezultă 53,3 milionimi de secundă de arc. Inelul măsurat în fotografie are 51,8 ± 2,3, iar estimarea făcută de autorii fotografiei pentru discul întunecat este 48,7 ± 7.

Pentru M87*, același calcul dă 39,7, iar inelul măsurat are 42 ± 3. Aici potrivirea dovedește mai puțin, fiindcă masa, de 6,5 miliarde de ori cât a Soarelui, a fost dedusă chiar din inel.

## Întrebări despre căderea într-o gaură neagră

### Ce ai vedea dacă ai cădea într-o gaură neagră?

Un disc negru care crește pe măsură ce te apropii, cu cerul curbat pe marginea lui. La orizont discul are 84° în diametru, iar restul cerului este încă plin de stele. În interior, cerul vizibil este strâns într-o bandă în jurul mijlocului tău, iar ultimul lucru care se vede este un inel subțire și strălucitor.

### Se face întuneric când treci de orizont?

Nu. Pentru cineva care cade liber de la mare distanță, discul negru acoperă 13% din cer la orizont. Lumina din afară cade în urma ta și îți ajunge la ochi. Lumina care pleacă de la tine nu mai poate ieși. Imaginea întunericului total se potrivește altui călător: unul coborât încet, ținut de motoare, pentru care cerul din afară se strânge într-un cerc mic și strălucitor deasupra capului.

### Ai vedea tot viitorul universului?

Nu. Într-o gaură neagră care nu se rotește, căderea de la orizont până în centru durează 28 de secunde la Sagittarius A*, iar la tine ajunge doar lumina care te prinde din urmă în acest timp. Cerul din urma ta se înroșește, dar nimic de pe el nu se mișcă mai repede.

### Doare căderea într-o gaură neagră?

Depinde de mărimea găurii. La o gaură neagră cu masa de vreo zece ori cât a Soarelui, forța mareică trece de 10 g cu mii de kilometri înainte de orizont. La Sagittarius A* sau la M87*, un om trece orizontul fără să simtă nimic, iar forța mareică ajunge la 10 g cu mai puțin de o zecime de secundă înainte de centru.

### Cât durează căderea într-o gaură neagră?

De la orizont până în centru, în cădere liberă de la mare distanță: 28 de secunde la Sagittarius A*, aproximativ 12 ore la M87* și 63 de milionimi de secundă la Gaia BH1. Timpul este proporțional cu masa găurii.

### Care este gaura neagră cea mai apropiată de Pământ?

Cea mai apropiată cunoscută este Gaia BH1, la 1.560 de ani-lumină. Are masa de 9,62 ori cât a Soarelui, iar în jurul ei se rotește o stea asemănătoare cu Soarele.

## Cum este făcută imaginea și ce lasă deoparte

Ce este calculat. Pentru fiecare punct al imaginii, o rază de lumină este urmărită înapoi, de la ochi, prin spațiul din jurul unei găuri negre care nu se rotește, cu ecuația exactă a luminii în acel spațiu. Locul în care ajunge lumina hotărăște culoarea: o stea, gazul sau nimic. Ochiul este al cuiva care cade liber și a pornit din repaus de la mare distanță; viteza lui schimbă direcțiile, culorile și strălucirea a tot ce vede, și acestea sunt calculate.

Ce a fost verificat. Marginea discului negru a fost calculată a doua oară, cu o altă formă a ecuațiilor, și rezultatele diferă cu mai puțin de o jumătate de grad. La orizont rezultă un disc cu diametrul de 84°, valoarea publicată de Alain Riazuelo în 2019.

Stelele. Cerul este harta „Deep Star Maps 2020” a NASA, desenată din pozițiile, strălucirea și culorile a 1,7 miliarde de stele din cataloagele Hipparcos, Tycho și Gaia. Este cerul văzut de pe Pământ. De lângă o gaură neagră reală s-ar vedea alte stele; curbarea ar fi aceeași.

Gazul. Gazul este arătat ca un inel plat și subțire între 3 și 13 raze, cel mai simplu model din manuale, cu culoarea pe care ar avea-o un corp la aproximativ 3.400 K, fotografiat cu un aparat reglat pentru lumina zilei. În jurul găurilor negre reale gazul este mult mai fierbinte și emite mai ales radiație X, ultravioletă sau unde radio, în funcție de gaură. Schimbarea de strălucire și de culoare de la o parte la alta este calculată. Petele sunt desenate, ca să se vadă rotația, și se rotesc mult mai repede decât ar părea să se rotească gazul real.

Strălucirea. Imaginea este expusă ca o fotografie, iar expunerea se schimbă pe drum, ca la un aparat foto: scade acolo unde lumina din față devine de multe ori mai puternică și crește când te întorci să privești înapoi. Expunerea de moment este scrisă lângă imagine. De la orizont spre interior gazul este lăsat deoparte, fiindcă lumina lui ar ascunde stelele; butonul de pe imagine îl aduce înapoi.

Ce rămâne deoparte. Găurile negre reale se rotesc, ceea ce turtește puțin o parte a discului negru și schimbă interiorul. Cea de aici nu se rotește. Centrul este dincolo de ceea ce descriu ecuațiile.

Pragul de 10 g este cel folosit de J. Richard Gott și Deborah Freedman, care au luat 10 g între cap și picioare drept limita a ceea ce poate îndura un corp, dincolo de care urmează durerea și sfâșierea, și au arătat că de acolo până în centru căderea durează mai puțin de o zecime de secundă, oricare ar fi masa găurii.

https://mariuscomper.uk/gaura-neagra/