Tento článek se dívá na objekt ve vesmíru, který si fyzikové vystačili označit prostě: „nejnehostinnější z existujících“. Region, kde by nepřežil atom, světlo ani samotná struktura prostoru. Tím místem je ergosféra rotující černé díry.
Když gravitace začne trhat prostor: co je ergosféra
Pokud si černou díru představujeme jako dokonalý „prvek pohlcení“, ergosféra je ještě o krok dál. Jde o oblast kolem rotující černé díry (tzv. Kerrovy), kde se struktura prostoru sama začíná otáčet.
Jinými slovy: v ergosféře neexistuje možnost zůstat v klidu. Každá částice, foton i samotný prostor jsou vtaženy do víru.
Co to znamená v praxi?
světlo je stáčeno do spirály,
čas se ohýbá a zpomaluje,
objekty jsou roztrhány extrémními příčnými silami,
dráhy částic se mění v chaotické, neřešitelné křivky.
Ergosféra je tak nebezpečná, že je z fyzikálního hlediska „spolehlivější“ než horizont událostí — je totiž oblastí, kde se člověk dostává do styku s brutálními efekty rotace, aniž by již byl pohlcen.
ČTĚTE TAKÉ: Proč má Venuše obrácenou rotaci: planeta, která se točí „pozpátku“
Čas, který se deformuje: relativita na hranici destrukce
V ergosféře se čas zpomaluje, zakřivuje a v extrému může ztrácet směr. Podle moderních modelů (Bardeen & Press) se v ergosféře odehrává:
extrémní frame-dragging,
zkroucení světelných drah,
pokroucení časoprostorové struktury do tvaru „vířivé šroubovice“.
Pozorovatel zvenku by viděl objekt uvnitř ergosféry jako zamrzající, protahovaný, deformovaný a mizící ve směru rotace černé díry.
Objekt uvnitř by však prožíval čas normálně — alespoň do okamžiku, kdy by byl doslova rozmetán tidal forces.
Když energie exploduje: Penroseův proces
Ergosféra je tak nebezpečná, že umožňuje jev, který se jinde ve vesmíru nevyskytuje extrakci energie z rotace černé díry.
Sir Roger Penrose popsal mechanismus, kterým může částice v ergosféře získat více energie, než měla při vstupu.
To ale znamená i opak - jiná částice při tom ztratí energii natolik, že zmizí za horizontem jako negativní fragment.
Tento proces je dynamicky nestabilní, chaotický a extrémně ničivý.
Je to fyzikální ekvivalent toho, kdy se prostor stává generátorem destruktivní energie.
ČTĚTE TAKÉ: Temná energie: největší záhada dnešní fyziky a proč se vesmír rozpíná stále rychleji
Proč je ergosféra nebezpečnější než horizont událostí
Horizont událostí je hranice, odkud není návratu. Ale ergosféra je aktivní pole sil, které dokážou trhat objekty ještě předtím, než se do černé díry dostanou.
Ergosféra je nesmírně dynamická, energeticky násilná, fyzikálně nestabilní, s extrémními turbulencemi v časoprostoru a s potenciálními výboji plazmatu, které vznikají třením magnetických polí.
Pohybovat se v ergosféře znamená být lapen v prostředí, kde žádná trajektorie není stabilní, gravitace není jen přitažlivá, kde vás prostor táhne bokem a čas ztrácí konzistenci.
V porovnání s ní je horizont událostí téměř „klidné“ rozhraní.
Co by se stalo objektu, který by do ergosféry vstoupil
Nedá se mluvit o přežití — jen o typu destrukce.
Modely ukazují několik fází:
extrémní zrychlení způsobené tažením prostoru,
natažení objektu do spirálovité formy,
roztržení vlivem příčných sil,
rozpad na elementární částice,
chaotické odhození fragmentů,
část pohlcena, část odhozena ven s vysokou energií.
Je to prostředí, kde nepřežije ani molekula.
ČTĚTE TAKÉ: Planeta, na které prší diamanty: co skutečně víme o tajemných světech ledových obrů
Existuje něco ještě nebezpečnějšího?
Krátká poznámka k hypotetickým extrémům
Teoretická fyzika nabízí kandidáty, ale jde o spekulace:
singularity v „nahých“ černých dírách (pokud existují),
vnitřní horizonty velmi rychle rotujících děr,
regiony kvantové pěny u Planckovy škály.
Ale to vše zůstává doménou hypotéz. Nejnebezpečnější reálně existující místo, které fyzika dokáže popsat, zůstává ergosféra rotující černé díry.
Fyzika jak ji neznáme
Ergosféra je oblast, kde fyzika přestává být naším spojencem.
Prostor se otáčí proti nám, čas se deformuje, hmota se rozpadá, světlo tancuje ve spirále a energie se mění ve zbraň.
Je to místo, které nemá pevný povrch, které nevidíme žádným teleskopem, které můžeme jen modelovat a které dokazuje, že vesmír má regiony, kde naše intuice nemá co říct.
A přesto je to místo, díky němuž chápeme jednu zásadní věc: Vesmír není stabilní a klidný. Je to dynamický, násilný a někdy až absurdní prostor, který si žije podle vlastních pravidel.
Zdroje
Kerr, R. P. Gravitational Field of a Spinning Mass. Physical Review Letters, 1963.
Penrose, R. Gravitational Collapse and Space-Time Singularities. Physical Review Letters, 1969.
Misner, Thorne & Wheeler. Gravitation. W. H. Freeman, 1973.
Bardeen, J. M., Press, W. H. Rotating Black Holes: Locally Nonrotating Frames. Journal of Mathematical Physics, 1972.
Wald, R. M. General Relativity. University of Chicago Press, 1984.
Thorne, Kip S. Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. W. W. Norton, 1994.
NASA Goddard Space Flight Center – Black Hole Visualization Archives.