Ce e o gaura neagra? Exista vreo definitie in termeni mai putin astronomici-scifi?

Ce sunt gaurile negre?

Pe intelesul tuturor, o gaura neagra este o regiune din spatiu care are atat de multa masa concentrata in ea incat nici un obiect din apropiere nu poate scapa de atractia ei gravitationala. Avand in vedere ca cea mai buna teorie despre gravitatie pe care o avem in acest moment este Teoria Generala a Relativitatii a lui Einstein, trebuie sa folosim niste rezultate ale ei pentru a intelege gaurile negre mai in detaliu. Dar sa incepem mai usor, gandindu-ne la gravitatie sub circumstante destul de simple.
Sa presupunem ca ne aflam pe suprafata unei planete. Aruncam o piatra pe directie verticala. Presupunand ca nu o aruncam prea tare, ea se va ridica un pic, dar pana la urma acceleratia datorata gravitatiei planetei o va afce sa cada din nou. Daca aruncam piatra destul de tare am putea s-o facem sa scape total de gravitatia planetei. Se va ridica la nesfarsit. Viteza cu care aruncam o piatra pentru ca ea sa scape de atractia gravitationala a planetei se numeste 'viteza de evadare'. Dupa cum probabil v-ati dat seama viteza de evadare depinde de masa planetei: daca o planeta este extrem de masiva, atunci gravitatia ei este foarte puternica, deci viteza de evadare este foarte mare. O planeta mai usoara va avea o viteza de evadare mai mica. Viteza de evadare depinde de asemenea de distanta la care ne aflam de centrul planetei: cu cat suntem mai aproape, cu atat mai mare viteza de evadare. Viteza de evadare a Pamantului este de 11, 2 km/s, in timp ce aceea a Lunii este de doar 2, 4 km/s.
Acum sa ne imaginam un obiect cu o concentratie enorma de masa intr-o atat de mica raza incat viteza de evadare este mai mare decat viteza luminii. Deci, cum nimic nu poate merge mai repede decat lumina, nimic nu poate scapa din campul gravitational al obiectului. Chiar si lumina va fi trasa inapoi de gravitatie si nu va fi in stare sa scape.
Ideea unei concentratii de masa at de densa incat nici lumina nu poate scapa dateaza inca din timpul lui Laplace in secolul XVIII. Aproape imediat dupa ce Einstein a dezvoltat relativitatea generala, Karl Schwarzschild a dat solutia ecuatiei matematice care descria un astfel de obiect. Abia mult mai tarziu, prin 1930, datorita muncii lui Oppenheimer (Da, e tot ala cu Proiectul Manhattan), Volkoff si Snyder, oamenii s-au gandit ca acest tip de obiecte chiar exista in Univers. Acesti cercetatori au aratat ca atunci cand o stea suficient de masiva ramane fara combustibil, nu mai e in stare sa reziste impotriva propriei atractii gravitationale, si colapseaza intr-o gaura neagra.
In relativitatea generala, gravitatia este o manifestare a curburii spatiu-timpului. Obiectele masive distorsioneaza spatiul si timpul, astfel incat regulile uzuale ale geometriei nu se mai aplica. Langa o gaura neagra, distorsiunea spatiu-timpului este foarte severa si din aceasta cauza gaurile negre au niste proprietati foarte ciudate. O gaura neagra are ceva ce se cheama 'orizontul evenimentului'. Acesta este o suprafata sferica ce marcheaza granita gaurii negre. Poti "intra" in gaura prin acest orizont, dar nu mai poti iesi niciodata. De fapt, odata ce ai trecut de orizontul evenimentului, esti condamnat sa te apropii din ce in ce mai mult de 'singularitatea' din centrul gaurii negre.
Ne putem imagina orizontul evenimentului ac fiind locul unde viteza de evadare este egala cu viteza luminii. In afara acestui orizont, viteza de evadare este mai mica decat viteza luminii, deci daca turati motorul indeajuns, puteti scapa de atractia gravitationala. Dar daca va aflati in interiorul orizontului, oricat de puternic ar fi motorul tot nu veti scapa.
Orizontul are niste proprietati geometrice foarte ciudate. Pentru un observator care sta nemiscat la distanta mare de gaura neagra, orizontul pare a fi o suprafata sferica frumoasa si statica. Dar odata cu apropierea de orizont, ne dam seama ca are o viteza foarte mare. De fapt se misca spre exterior, relativ la singularitate, cu viteza luminii! Asta explica de ce e usor sa treci orizontul spre interior, dar e imposibil s-o faci in directia opusa.
Daca asta vi s-a parut ciudat, nu va faceti griji. E chiar foarte ciudat. Orizontul e static, dar dintr-un anumit punct de vedere el poate fi considerat ca fiind in miscare. Ca sa folosesc o exprimare mai plastica el trebuie sa fuga atat de repede numai ca sa ramana pe loc.
Odata intrat in orizont spatiu-timpul este distorsionat atat de mult incat coordonatele care descriu distanta radiala si timpul isi schimba rolurile. Adica "r", coordonata care arata cat de departe suntem de centru, devine o coordonata asemanatoare timpului, iar "t" devine asemanatoare spatiului. O consecinta a acestui fapt este aceea ca nu te poti opri din miscrea spre un r din ce in ce mai mic, la fel cum in circumstante obisnuite nu te poti opri din mersul spre viitor (adica spre valori din ce in ce mai mari ale lui t). In final, ne vom lovi de singularitate la r=0. Am putea incerca s-o evitam, turand motorul, dar e inutil: nu conteaza directia in care mergi nu-ti poti evita viitorul. Incercarea de a evita singularitatea, odata trecut orizontul evenimentului, e la fel ca si cum ai incerca sa eviti ziua de maine.
Numele "gaura neagra" a fost inventat de John Archibald Wheeler, si s-a incetatenit datorita faptului ca are mai mult lipici, ca sa spun asa, decat celelelte dinaintea lui. Inaintea lui Wheeler, aceste obiecte erau uneori denumite "stele inghetate".


Deci este o gaura in spatiu care absoarbe totul in jurul ei incat nici lumina nu poate scapa!