Είναι οι μαύρες τρύπες ζεστές ή κρύες;

Οι μαύρες τρύπες είναι παγωμένες στο εσωτερικό τους, αλλά απίστευτα καυτές ακριβώς απέξω. Η εσωτερική θερμοκρασία μιας μαύρης τρύπας ίση με τη μάζα του Ήλιου μας είναι περίπου ένα εκατομμυριοστό ενός βαθμού Kelvin πάνω από το απόλυτο μηδέν. Επομένως δεν είναι απόλυτες, θεωρητικές, μαύρες τρύπες.

Ακριβώς έξω από την μαύρη οπή, ωστόσο, το υλικό που πέφτει μέσα στην “κοιλότητα” της τρύπας επιταχύνεται κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Τα μόρια του υλικού συγκρούονται με τέτοια σφροδρότητα ώστε να θερμαίνονται σε θερμοκρασία εκατοντάδων εκατομμυρίων βαθμών. Όταν οι αστρονόμοι μελετούν τις μαύρες τρύπες, αυτό είναι το υλικό που βλέπουν.

Η ακτινοβολία από το υλικό αποκρύπτει όμως τη μικροσκοπική ποσότητα ακτινοβολίας που διαφεύγει από την ίδια την ψυχρή οπή και έτσι παρατηρούν οι αστρονόμοι το πολύ καυτό εξωτερικό περιβάλλον και όχι το ψυχρό περιβάλλον στο εσωτερικό της.

Η θερμοκρασία της μαύρης τρύπας στην πραγματικότητα είναι η θερμοκρασία του ορίζοντα γεγονότος της, όταν αυτή δεν απορροφά καθόλου υλικό.

Η θερμοκρασία των μαύρων οπών συνδέεται με έννοια της ακτινοβολίας Hawking. Η ιδέα ότι σε τεράστιες χρονικές περιόδους οι μαύρες τρύπες θα δημιουργήσουν εικονικά σωματίδια ακριβώς στην άκρη των ορίζοντά τους. Το πιο συνηθισμένο είδος σωματιδίων είναι τα φωτόνια, που είναι σωματίδια όχι μόνο του φωτός αλλά και της θερμότητας.

Κανονικά, αυτά τα εικονικά σωματίδια είναι σε θέση να ανασυνδυαστούν και να εξαφανιστούν αμέσως όσο γρήγορα εμφανίζονται. Αλλά όταν ένα ζεύγος από αυτά τα εικονικά σωματίδια εμφανίζονται ακριβώς στον ορίζοντα συμβάντων, το ένα εικονικό σωματίδιο του ζεύγους πέφτει πίσω στη μαύρη τρύπα, ενώ το άλλο είναι ελεύθερο να διαφύγει στο Σύμπαν.

Από την πλευρά σας ως εξωτερικός παρατηρητής, βλέπετε αυτά τα σωματίδια να διαφεύγουν από τη μαύρη τρύπα. Βλέπετε φωτόνια και επομένως μπορείτε να μετρήσετε τη θερμοκρασία της μαύρης τρύπας.

Η θερμοκρασία της μαύρης τρύπας είναι αντιστρόφως ανάλογη της μάζας της μαύρης τρύπας και του μεγέθους του ορίζοντα συμβάντων. Σκεφτείτε το έτσι. Φανταστείτε την καμπύλη του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Υπάρχουν πολλά ‘μονοπάτια’ που ένα φωτόνιο θα μπορούσε να προσπαθήσει να ακολουθήσει για να ξεφύγει από τον ορίζοντα συμβάντων και η συντριπτική πλειοψηφία αυτών είναι ‘μονοπάτια’ που το φέρνουν πίσω στη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.
 
Αλλά για λίγα σπάνια μονοπάτια-τροχιές, όταν το φωτόνιο ταξιδεύει τελείως κάθετα στον ορίζοντα συμβάντος, τότε το φωτόνιο έχει την ευκαιρία να ξεφύγει. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ορίζοντας συμβάντων, τόσο λιγότερα μονοπάτια υπάρχουν που μπορεί να ακολουθήσει ένα φωτόνιο.

Δεδομένου ότι η ενέργεια απελευθερώνεται στο σύμπαν στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας, αλλά η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, η ίδια η μαύρη τρύπα παρέχει τη μάζα που παρέχει την ενέργεια για την απελευθέρωση αυτών των φωτονίων.