Spajanje crnih rupa jedan je od najfascinantnijih i najnasilnijih događaja u svemiru. Ovaj kozmički ples započinje time da dvije crne rupe kruže jedna oko druge i polako se približavaju.

Mogle su nastati na nekoliko načina, no pretpostavlja se da do susreta dolazi tako da se slučajno susretnu u svemiru ili da je riječ o binarnom sustavu zvijezda koje su u nekom trenu postale crne rupe. Bez obzira na porijeklo, ključan faktor u njihovom konačnom spajanju jest gubitak velike količine orbitalne energije.

Kako dolazi do sudara?

Prvi korak u tom procesu dolazi njihovom interakcijom s okolinom. Iako se crne rupe često zamišljaju kao izolirani objekti, uvijek postoje tanki tragovi plina, prašine i, ponekad, veći objekti poput planeta ili zvijezda u njihovoj blizini. Ovi objekti gravitacijski djeluju na crne rupe - neki upadaju u njih, nestajući zauvijek, dok drugi samo prođu pokraj njih, smanjujući im orbitalnu energiju.

Kad se crne rupe dovoljno približe, one počinju stvarati gravitacijske valove kretanjem kroz prostor-vrijeme. Ovi valovi prenose energiju iz sustava, slično kao što to rade valovi u vodi, no toliko su slabi da počnu ozbiljno 'usisavati' energiju tek kad su crne rupe na maloj međusobnoj udaljenosti.

Nedokučiva reakcija

Međutim postoji ozbiljan problem koji zbunjuje astrofizičare: tzv. problem zadnjeg parseka. Simulacije su pokazale da gravitacijske interakcije s okolinom crne rupe mogu dovesti do udaljenosti od oko jednog parseka (otprilike 3,26 svjetlosnih godina). Nakon te točke nema dovoljno materijala u blizini da nastavi oduzimati energiju, a u isto vrijeme gravitacijski valovi previše su slabi da bi obavili posao unutar vremena koje je manje od starosti svemira, piše Space.

Iako mehanizam koji omogućuje crnim rupama da prijeđu zadnji parsek ostaje nepoznat, jednom kada se to dogodi, gravitacijski valovi počinju igrati glavnu ulogu. U ovoj fazi crne rupe imaju samo nekoliko sekundi prije konačnog sudara.

Trenutak sudara

Kada se nađu vrlo blizu, počinju se međusobno deformirati. Iako nemaju stvarnu površinu, čak im ni svjetlost ne može pobjeći, jer oblik horizonta događaja ne ovisi samo o samoj crnoj rupi, već i o geometriji prostor-vremena oko nje. Kako se približavaju, horizonti događaja rastežu se i pružaju jedan prema drugom.

Simulacije pokazuju da u milisekundama prije spajanja svaka crna rupa šalje tanki 'pipak' - mali tunel svog horizonta događaja - prema drugoj crnoj rupi. Ovi pipci se susreću i spajaju, stvarajući most između njih nalik pupčanoj vrpci koja ih povezuje.

Taj se most vrlo brzo širi, a horizonti događaja potpuno se stapaju, kao što bi se dva mjehurića sapunice spojila u jedno tijelo. U tom trenutku dvije crne rupe postaju jedna.

A što se odvija unutar novonastalog titana?

Što se događa unutar nove crne rupe nakon spajanja - ostaje misterij. U njenom središtu nalazi se singularnost - točka beskonačne gustoće - gdje naša sadašnja fizika gubi smisao. Simulacije pokazuju da se singularnosti brzo spajaju, no stvarne detalje tog procesa tek trebamo razumjeti.

Zanimljivo je to da novonastala crna rupa nakon spajanja ima manju masu od zbroja masa dviju izvornih crnih rupa. Naprimjer, 2016. godine, kada su znanstvenici kolaboracije LIGO prvi put detektirali gravitacijske valove, otkrili su da su se crne rupe mase 36 i 30 Sunčevih masa spojile, stvarajući novu crnu rupu mase 63 Sunčeve mase. Nedostaje pritom oko tri Sunčeve mase, pretvorene u energiju u obliku gravitacijskih valova.

U svakom spajanju crnih rupa otprilike pet posto mase pretvara se u gravitacijske valove. Za usporedbu, to je ekvivalentno pretvaranju triju cijelih sunaca u čistu energiju. Kada se crne rupe sudare, oslobađaju više energije nego sve zvijezde u svemiru zajedno - i sve se to odvija u potpunoj tišini i mraku.

Ovi događaji su istovremeno prekrasni i zastrašujući podsjetnici na ogromne sile koje vladaju našim svemirom.