Zbog relativno nedavnog porasta interesa za stvaranje znanstveno-popularnih filmova na temu istraživanja svemira, moderni gledatelji čuli su mnogo o takvim fenomenima kao što su singularnost ili crna rupa. Međutim, filmovi očito ne otkrivaju punu prirodu ovih fenomena, a ponekad čak iskrivljuju izgrađene znanstvene teorije radi većeg učinka. Zbog toga je shvaćanje mnogih suvremenih ljudi o ovim pojavama ili potpuno površno ili potpuno pogrešno. Jedno od rješenja problema koji se pojavio je ovaj članak u kojem ćemo pokušati razumjeti postojeće rezultate istraživanja i odgovoriti na pitanje – što je crna rupa?
Godine 1784. engleski svećenik i prirodoslovac John Michell prvi je put spomenuo u pismu Kraljevskom društvu određeno hipotetsko masivno tijelo koje ima toliko jaku gravitacijsku privlačnost da će njegova druga izlazna brzina premašiti brzinu svjetlosti. Druga brzina bijega je brzina koju će relativno mali objekt trebati da nadvlada gravitacijsku privlačnost nebeskog tijela i izađe izvan zatvorene orbite oko tog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo gustoće Sunca i radijusa od 500 solarnih radijusa imat će na svojoj površini drugu kozmičku brzinu jednaku brzini svjetlosti. U ovom slučaju čak ni svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, pa će ovo tijelo samo apsorbirati dolaznu svjetlost i ostat će nevidljivo promatraču - neka vrsta crne točke na pozadini tamnog prostora.
Međutim, Michellov koncept supermasivnog tijela nije privukao veliko zanimanje sve do Einsteinovog rada. Podsjetimo, potonji je definirao brzinu svjetlosti kao najveću brzinu prijenosa informacija. Osim toga, Einstein je proširio teoriju gravitacije na brzine bliske brzini svjetlosti (). Kao rezultat toga, više nije bilo relevantno primjenjivati Newtonovu teoriju na crne rupe.
Einsteinova jednadžba
Kao rezultat primjene opće relativnosti na crne rupe i rješavanja Einsteinovih jednadžbi, identificirani su glavni parametri crne rupe, kojih ima samo tri: masa, električni naboj i kutni moment. Vrijedno je istaknuti značajan doprinos indijskog astrofizičara Subramaniana Chandrasekhara koji je izradio temeljnu monografiju: “Matematička teorija crnih rupa”.
Dakle, rješenje Einsteinovih jednadžbi predstavljeno je u četiri opcije za četiri moguće vrste crnih rupa:
- BH bez rotacije i bez naboja – Schwarzschildovo rješenje. Jedan od prvih opisa crne rupe (1916.) koristeći Einsteinove jednadžbe, ali bez uzimanja u obzir dva od tri parametra tijela. Rješenje njemačkog fizičara Karla Schwarzschilda omogućuje izračunavanje vanjskog gravitacijskog polja sfernog masivnog tijela. Posebnost koncepta crnih rupa njemačkog znanstvenika je prisutnost horizonta događaja i skrivanje iza njega. Schwarzschild je također prvi izračunao gravitacijski radijus, koji je dobio njegovo ime, a koji određuje polumjer sfere na kojoj bi se nalazio horizont događaja za tijelo zadane mase.
- BH bez rotacije s nabojem – Reisner-Nordström rješenje. Rješenje izneseno 1916.-1918., uzimajući u obzir mogući električni naboj crne rupe. Ovaj naboj ne može biti proizvoljno velik i ograničen je zbog rezultirajućeg električnog odbijanja. Potonje se mora kompenzirati gravitacijskim privlačenjem.
- BH s rotacijom i bez naboja - Kerrovo rješenje (1963). Rotirajuća Kerrova crna rupa razlikuje se od statične po prisutnosti takozvane ergosfere (pročitajte više o ovoj i drugim komponentama crne rupe).
- BH s rotacijom i nabojem - Kerr-Newmanovo rješenje. Ovo rješenje je izračunato 1965. godine i trenutno je najpotpunije, jer uzima u obzir sva tri parametra crne rupe. Međutim, još uvijek se pretpostavlja da crne rupe u prirodi imaju beznačajan naboj.
Stvaranje crne rupe
Postoji nekoliko teorija o nastanku i pojavi crne rupe, od kojih je najpoznatija ona da nastaje kao posljedica gravitacijskog kolapsa zvijezde dovoljne mase. Takva kompresija može prekinuti evoluciju zvijezda s masom većom od tri Sunčeve mase. Po završetku termonuklearnih reakcija unutar takvih zvijezda, one se počinju brzo kompresirati u superguste. Ako tlak plina neutronske zvijezde ne može kompenzirati gravitacijske sile, odnosno masa zvijezde svladava tzv. Oppenheimer-Volkoff granica, zatim se kolaps nastavlja, što rezultira sabijanjem materije u crnu rupu.
Drugi scenarij koji opisuje rađanje crne rupe je kompresija protogalaktičkog plina, odnosno međuzvjezdanog plina u fazi transformacije u galaksiju ili neku vrstu klastera. Ako nema dovoljno unutarnjeg tlaka da kompenzira iste gravitacijske sile, može nastati crna rupa.
Druga dva scenarija ostaju hipotetska:
- Pojava crne rupe kao posljedica tzv primordijalne crne rupe.
- Pojava kao rezultat nuklearnih reakcija koje se odvijaju pri visokim energijama. Primjer takvih reakcija su eksperimenti na sudaračima.
Struktura i fizika crnih rupa
Struktura crne rupe prema Schwarzschildu uključuje samo dva ranije spomenuta elementa: singularitet i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je nemoguće povući ravnu liniju kroz nju, kao i da većina postojećih fizikalnih teorija ne funkcionira unutar nje. Stoga fizika singulariteta ostaje misterij za današnje znanstvenike. crna rupa je određena granica preko koje fizički objekt gubi mogućnost povratka izvan svojih granica i definitivno će "pasti" u singularnost crne rupe.
Struktura crne rupe postaje nešto kompliciranija u slučaju Kerrovog rješenja, odnosno u prisustvu rotacije crne rupe. Kerrovo rješenje pretpostavlja da rupa ima ergosferu. Ergosfera je određeno područje koje se nalazi izvan horizonta događaja unutar kojeg se sva tijela kreću u smjeru rotacije crne rupe. Ovo područje još nije uzbudljivo i moguće ga je napustiti, za razliku od horizonta događaja. Ergosfera je vjerojatno neka vrsta analoga akrecijskog diska, koji predstavlja rotirajuću materiju oko masivnih tijela. Ako je statična Schwarzschildova crna rupa predstavljena kao crna kugla, onda Kerryjeva crna rupa, zbog prisutnosti ergosfere, ima oblik spljoštenog elipsoida, u čijem smo obliku često viđali crne rupe na crtežima, u starim filmova ili video igrica.
- Koliko crna rupa teži? – Najviše teoretskog materijala o nastanku crne rupe dostupno je za scenarij njezine pojave kao rezultat kolapsa zvijezde. U ovom slučaju maksimalna masa neutronske zvijezde i minimalna masa crne rupe određene su Oppenheimer - Volkoffovom granicom, prema kojoj je donja granica mase crne rupe 2,5 - 3 Sunčeve mase. Najteža crna rupa koja je otkrivena (u galaksiji NGC 4889) ima masu od 21 milijarde solarnih masa. No, ne treba zaboraviti na crne rupe koje hipotetski nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija na visokim energijama, poput onih kod sudarača. Masa takvih kvantnih crnih rupa, drugim riječima “Planckovih crnih rupa,” je reda veličine, točnije 2·10−5 g.
- Veličina crne rupe. Minimalni radijus crne rupe može se izračunati iz minimalne mase (2,5 – 3 solarne mase). Ako je gravitacijski radijus Sunca, odnosno područje gdje bi se nalazio horizont događaja, oko 2,95 km, tada će minimalni radijus crne rupe od 3 Sunčeve mase biti oko devet kilometara. Takve relativno male veličine teško je pojmiti kada je riječ o masivnim objektima koji privlače sve oko sebe. Međutim, za kvantne crne rupe polumjer je 10 −35 m.
- Prosječna gustoća crne rupe ovisi o dva parametra: masi i radijusu. Gustoća crne rupe mase oko tri Sunčeve mase je oko 6 10 26 kg/m³, dok je gustoća vode 1000 kg/m³. Međutim, tako male crne rupe znanstvenici nisu pronašli. Većina otkrivenih crnih rupa ima masu veću od 10 5 solarnih masa. Postoji zanimljiv obrazac prema kojem što je crna rupa masivnija, to je njena gustoća manja. U ovom slučaju, promjena mase za 11 reda veličine povlači za sobom promjenu gustoće za 22 reda veličine. Tako crna rupa mase 1·10 9 Sunčeve mase ima gustoću 18,5 kg/m³, što je za jedan manje od gustoće zlata. A crne rupe s masom većom od 10 10 solarnih masa mogu imati prosječnu gustoću manju od gustoće zraka. Na temelju ovih proračuna logično je pretpostaviti da nastanak crne rupe ne nastaje zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu. U slučaju kvantnih crnih rupa, njihova gustoća može biti oko 10 94 kg/m³.
- Temperatura crne rupe također ovisi obrnuto o njezinoj masi. Ova temperatura je izravno povezana s. Spektar ovog zračenja poklapa se sa spektrom apsolutno crnog tijela, odnosno tijela koje apsorbira svo upadno zračenje. Spektar zračenja apsolutno crnog tijela ovisi samo o njegovoj temperaturi, tada se temperatura crne rupe može odrediti iz Hawkingovog spektra zračenja. Kao što je gore spomenuto, ovo zračenje je jače što je crna rupa manja. U isto vrijeme, Hawkingovo zračenje ostaje hipotetsko, budući da ga astronomi još nisu promatrali. Iz ovoga slijedi da ako Hawkingovo zračenje postoji, onda je temperatura promatranih crnih rupa toliko niska da ne dopušta detektiranje tog zračenja. Prema proračunima, čak je i temperatura rupe s masom reda mase Sunca zanemarivo mala (1·10 -7 K ili -272°C). Temperatura kvantnih crnih rupa može doseći oko 10 12 K, a svojim brzim isparavanjem (oko 1,5 minuta) takve crne rupe mogu emitirati energiju oko deset milijuna atomskih bombi. Ali, srećom, za stvaranje takvih hipotetskih objekata bila bi potrebna energija 10 14 puta veća od one koja se danas postiže u Velikom hadronskom sudaraču. Osim toga, takve pojave astronomi nikada nisu promatrali.
Od čega se sastoji crna rupa?
Još jedno pitanje brine i znanstvenike i one koji su jednostavno zainteresirani za astrofiziku - od čega se sastoji crna rupa? Ne postoji jasan odgovor na ovo pitanje, budući da nije moguće pogledati izvan horizonta događaja koji okružuje crnu rupu. Osim toga, kao što je ranije spomenuto, teorijski modeli crne rupe predviđaju samo 3 njene komponente: ergosferu, horizont događaja i singularitet. Logično je pretpostaviti da u ergosferi postoje samo oni objekti koje je crna rupa privukla i koji sada kruže oko nje - razne vrste svemirskih tijela i svemirski plin. Horizont događaja samo je tanka implicitna granica, jednom iza koje se ista kozmička tijela nepovratno privlače prema posljednjoj glavnoj komponenti crne rupe - singularnosti. Priroda singulariteta danas nije proučavana i prerano je govoriti o njegovom sastavu.
Prema nekim pretpostavkama, crna rupa se može sastojati od neutrona. Ako slijedimo scenarij nastanka crne rupe kao rezultat kompresije zvijezde u neutronsku zvijezdu s naknadnom kompresijom, tada se vjerojatno glavni dio crne rupe sastoji od neutrona, od kojih je sama neutronska zvijezda sastavljen. Jednostavnim rječnikom rečeno: kada se zvijezda uruši, njezini se atomi sabijaju na takav način da se elektroni spajaju s protonima, stvarajući tako neutrone. Slična se reakcija zapravo događa i u prirodi, a nastankom neutrona dolazi do zračenja neutrina. Međutim, to su samo pretpostavke.
Što se događa ako upadnete u crnu rupu?
Pad u astrofizičku crnu rupu uzrokuje rastezanje tijela. Razmotrimo hipotetskog kozmonauta samoubojicu koji odlazi u crnu rupu samo u svemirskom odijelu, nogama naprijed. Prelazeći horizont događaja, astronaut neće primijetiti nikakve promjene, unatoč činjenici da se više nema mogućnosti vratiti. U nekom trenutku, astronaut će doći do točke (malo iza horizonta događaja) u kojoj će se početi događati deformacija njegovog tijela. Budući da je gravitacijsko polje crne rupe neuniformno i predstavljeno je gradijentom sile koji se povećava prema središtu, noge astronauta bit će podložne osjetno većem gravitacijskom utjecaju od, primjerice, glave. Tada će zbog gravitacije, odnosno plimnih sila, noge brže “padati”. Tako se tijelo počinje postupno izduživati. Kako bi opisali ovaj fenomen, astrofizičari su smislili prilično kreativan termin - špagetifikacija. Daljnjim rastezanjem tijelo će se vjerojatno razložiti na atome koji će, prije ili kasnije, doći do singularnosti. Može se samo nagađati kako će se osoba osjećati u ovoj situaciji. Vrijedno je napomenuti da je učinak istezanja tijela obrnuto proporcionalan masi crne rupe. Odnosno, ako crna rupa s masom tri Sunca trenutno rastegne/potrga tijelo, tada će supermasivna crna rupa imati manje plimne sile i postoje sugestije da bi neki fizički materijali mogli "tolerirati" takvu deformaciju bez gubitka svoje strukture.
Kao što znate, vrijeme teče sporije u blizini masivnih objekata, što znači da će vrijeme za astronauta bombaša samoubojicu teći mnogo sporije nego za Zemljane. U ovom slučaju, možda će nadživjeti ne samo svoje prijatelje, već i samu Zemlju. Da bi se odredilo koliko će vrijeme usporiti za astronauta, bit će potrebni izračuni, ali iz gore navedenog može se pretpostaviti da će astronaut vrlo sporo pasti u crnu rupu i, možda, jednostavno neće doživjeti trenutak kada će njegov tijelo se počinje deformirati.
Važno je napomenuti da će za promatrača izvana sva tijela koja dolete do horizonta događaja ostati na rubu ovog horizonta sve dok njihova slika ne nestane. Razlog za ovaj fenomen je gravitacijski crveni pomak. Pojednostavljeno, možemo reći da će svjetlost koja pada na tijelo kozmonauta samoubojice "zamrznutog" na horizontu događaja promijeniti svoju frekvenciju zbog usporenog vremena. Kako vrijeme sporije prolazi, frekvencija svjetlosti će se smanjivati, a valna duljina povećavati. Kao rezultat ovog fenomena, na izlazu, odnosno za vanjskog promatrača, svjetlost će se postupno pomaknuti prema niskoj frekvenciji - crvenoj. Dogodit će se pomak svjetlosti duž spektra, kako se kozmonaut samoubojica bude sve više udaljavao od promatrača, iako gotovo neprimjetno, a njegovo vrijeme teče sve sporije. Tako će svjetlost koju reflektira njegovo tijelo uskoro izaći izvan vidljivog spektra (slika će nestati), au budućnosti će se tijelo astronauta moći detektirati samo u području infracrvenog zračenja, kasnije u radiofrekvenciji, a kao rezultat toga zračenje će biti potpuno nedostižno.
Unatoč navedenom, pretpostavlja se da se u vrlo velikim supermasivnim crnim rupama plimne sile ne mijenjaju toliko s udaljenošću i djeluju gotovo jednoliko na tijelo koje pada. U tom bi slučaju padajuća letjelica zadržala svoju strukturu. Postavlja se razumno pitanje: kamo vodi crna rupa? Na ovo pitanje može odgovoriti rad nekih znanstvenika koji povezuju dva fenomena poput crvotočine i crne rupe.
Još 1935. Albert Einstein i Nathan Rosen iznijeli su hipotezu o postojanju takozvanih crvotočina, povezujući dvije točke prostor-vremena kroz mjesta značajne zakrivljenosti potonjeg - Einstein-Rosenov most ili crvotočinu. Za tako moćnu zakrivljenost prostora bila bi potrebna tijela gigantske mase, čiju bi ulogu savršeno ispunjavale crne rupe.
Einstein-Rosenov most se smatra neprohodnom crvotočinom jer je malih dimenzija i nestabilan.
Prohodna crvotočina moguća je u okviru teorije crnih i bijelih rupa. Gdje je bijela rupa izlaz informacija zarobljenih u crnoj rupi. Bijela rupa je opisana u okviru opće teorije relativnosti, ali danas ostaje hipotetska i nije otkrivena. Još jedan model crvotočine predložili su američki znanstvenici Kip Thorne i njegov postdiplomac Mike Morris, koji može biti prohodan. Međutim, kako u slučaju Morris-Thorneove crvotočine, tako i u slučaju crnih i bijelih rupa, mogućnost putovanja zahtijeva postojanje takozvane egzotične materije, koja ima negativnu energiju i također ostaje hipotetska.
Crne rupe u svemiru
Postojanje crnih rupa potvrđeno je relativno nedavno (rujan 2015.), no prije toga već je bilo dosta teorijskog materijala o prirodi crnih rupa, kao i mnogo objekata kandidata za ulogu crne rupe. Prije svega, treba uzeti u obzir veličinu crne rupe, jer o njima ovisi sama priroda fenomena:
- Crna rupa zvjezdane mase. Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela koje može formirati takvu crnu rupu je 2,5 - 3 solarne mase.
- Crne rupe srednje mase. Uvjetna srednja vrsta crne rupe koja je narasla zbog apsorpcije obližnjih objekata, poput klastera plina, susjedne zvijezde (u sustavima od dvije zvijezde) i drugih kozmičkih tijela.
- Supermasivna crna rupa. Kompaktni objekti s 10 5 -10 10 Sunčevih masa. Izrazita svojstva takvih crnih rupa su njihova paradoksalno niska gustoća, kao i slabe plimne sile, koje smo ranije spomenuli. Upravo je to supermasivna crna rupa u središtu naše galaksije Mliječni put (Strijelac A*, Sgr A*), kao i većine drugih galaksija.
Kandidati za ChD
Najbliža crna rupa, odnosno kandidat za ulogu crne rupe, je objekt (V616 Monoceros), koji se nalazi na udaljenosti od 3000 svjetlosnih godina od Sunca (u našoj galaksiji). Sastoji se od dvije komponente: zvijezde mase polovice mase Sunca, kao i nevidljivog malog tijela čija je masa 3-5 masa Sunca. Ako se pokaže da je ovaj objekt mala crna rupa zvjezdane mase, tada će s pravom postati najbliža crna rupa.
Nakon ovog objekta, druga najbliža crna rupa je objekt Labud X-1 (Cyg X-1), koji je bio prvi kandidat za ulogu crne rupe. Udaljenost do njega je približno 6070 svjetlosnih godina. Prilično dobro proučen: ima masu od 14,8 solarnih masa i radijus horizonta događaja od oko 26 km.
Prema nekim izvorima, još jedan najbliži kandidat za ulogu crne rupe moglo bi biti tijelo u zvjezdanom sustavu V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), koje se prema procjenama iz 1999. godine nalazilo na udaljenosti od 1600 svjetlosnih godina. Međutim, kasnije studije povećale su tu udaljenost za najmanje 15 puta.
Koliko crnih rupa ima u našoj galaksiji?
Ne postoji točan odgovor na ovo pitanje, jer je njihovo promatranje prilično teško, a tijekom cijelog razdoblja proučavanja neba znanstvenici su uspjeli otkriti desetak crnih rupa unutar Mliječnog puta. Ne upuštajući se u izračune, napominjemo da u našoj galaksiji postoji oko 100-400 milijardi zvijezda, a otprilike svaka tisućita zvijezda ima dovoljno mase da formira crnu rupu. Vjerojatno su milijuni crnih rupa mogli nastati tijekom postojanja Mliječne staze. Budući da je lakše otkriti crne rupe enormne veličine, logično je pretpostaviti da najvjerojatnije većina crnih rupa u našoj galaksiji nije supermasivna. Važno je napomenuti da istraživanje NASA-e iz 2005. godine ukazuje na prisutnost čitavog roja crnih rupa (10-20 tisuća) koje se okreću oko središta galaksije. Osim toga, 2016. japanski astrofizičari otkrili su masivni satelit u blizini objekta * - crne rupe, jezgre Mliječnog puta. Zbog malog radijusa (0,15 svjetlosnih godina) ovog tijela, kao i njegove ogromne mase (100.000 solarnih masa), znanstvenici pretpostavljaju da je i ovaj objekt supermasivna crna rupa.
Jezgra naše galaksije, crna rupa Mliječne staze (Strijelac A*, Sgr A* ili Strijelac A*) je supermasivna i ima masu od 4,31 10 6 solarnih masa i radijus od 0,00071 svjetlosnih godina (6,25 svjetlosnih sati ili 6,75 milijardi km). Temperatura Strijelca A*, zajedno sa klasterom oko njega, je oko 1·10 7 K.
Najveća crna rupa
Najveća crna rupa u svemiru koju su znanstvenici otkrili je supermasivna crna rupa, FSRQ blazar, u središtu galaksije S5 0014+81, na udaljenosti od 1,2 10 10 svjetlosnih godina od Zemlje. Prema preliminarnim rezultatima promatranja pomoću svemirskog opservatorija Swift, masa crne rupe bila je 40 milijardi (40·10 9) solarnih masa, a Schwarzschildov radijus takve rupe bio je 118,35 milijardi kilometara (0,013 svjetlosnih godina). Osim toga, prema izračunima, nastao je prije 12,1 milijardi godina (1,6 milijardi godina nakon Velikog praska). Ako ova divovska crna rupa ne apsorbira materiju koja je okružuje, doživjet će eru crnih rupa - jednu od era razvoja Svemira, tijekom koje će crne rupe dominirati u njemu. Ako jezgra galaksije S5 0014+81 nastavi rasti, postat će jedna od posljednjih crnih rupa koje će postojati u Svemiru.
Druge dvije poznate crne rupe, iako nemaju svoja imena, od najveće su važnosti za proučavanje crnih rupa, jer su eksperimentalno potvrdile njihovo postojanje, a također su dale važne rezultate za proučavanje gravitacije. Riječ je o događaju GW150914, koji predstavlja sraz dviju crnih rupa u jednu. Ovaj događaj omogućio je prijavu.
Detekcija crnih rupa
Prije razmatranja metoda za otkrivanje crnih rupa, trebali bismo odgovoriti na pitanje - zašto je crna rupa crna? – odgovor na ovo ne zahtijeva duboko poznavanje astrofizike i kozmologije. Činjenica je da crna rupa apsorbira svo zračenje koje pada na nju i uopće ne emitira, ako ne uzmete u obzir hipotetsko. Ako detaljnije razmotrimo ovaj fenomen, možemo pretpostaviti da se procesi koji dovode do oslobađanja energije u obliku elektromagnetskog zračenja ne događaju unutar crnih rupa. Zatim, ako crna rupa emitira, ona to čini u Hawkingovom spektru (koji se podudara sa spektrom zagrijanog, apsolutno crnog tijela). Međutim, kao što je ranije spomenuto, ovo zračenje nije detektirano, što sugerira da je temperatura crnih rupa potpuno niska.
Druga općeprihvaćena teorija kaže da elektromagnetsko zračenje uopće nije u stanju napustiti horizont događaja. Najvjerojatnije je da fotone (čestice svjetlosti) ne privlače masivni objekti, jer prema teoriji oni sami nemaju masu. Međutim, crna rupa još uvijek "privlači" fotone svjetlosti kroz distorziju prostor-vremena. Ako crnu rupu u svemiru zamislimo kao svojevrsno udubljenje na glatkoj površini prostor-vremena, tada postoji određena udaljenost od središta crne rupe, približavajući se kojoj se svjetlost više neće moći udaljiti od nje. Odnosno, grubo rečeno, svjetlost počinje “padati” u “rupu” koja nema ni “dno”.
Osim toga, uzmemo li u obzir učinak gravitacijskog crvenog pomaka, moguće je da svjetlost u crnoj rupi izgubi svoju frekvenciju, pomičući se po spektru u područje niskofrekventnog dugovalnog zračenja dok potpuno ne izgubi energiju.
Dakle, crna rupa je crne boje i stoga ju je teško otkriti u svemiru.
Metode detekcije
Pogledajmo metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:
Osim gore navedenih metoda, znanstvenici često povezuju objekte poput crnih rupa i. Kvazari su određene skupine kozmičkih tijela i plinova, koji spadaju među najsjajnije astronomske objekte u Svemiru. Budući da imaju visok intenzitet luminiscencije pri relativno malim veličinama, postoji razlog za pretpostavku da je središte ovih objekata supermasivna crna rupa koja privlači okolnu materiju. Zbog tako snažnog gravitacijskog privlačenja privučena materija se toliko zagrije da intenzivno zrači. Otkriće takvih objekata obično se uspoređuje s otkrićem crne rupe. Ponekad kvazari mogu emitirati mlazove zagrijane plazme u dva smjera – relativističke mlazove. Razlozi za pojavu takvih mlaznica nisu sasvim jasni, no vjerojatno su uzrokovani interakcijom magnetskih polja crne rupe i akrecijskog diska, a ne emitira ih izravna crna rupa.
Mlaz u galaksiji M87 koji puca iz središta crne rupe
Da rezimiramo gore navedeno, možemo zamisliti izbliza: ovo je sferični crni objekt oko kojeg se jako zagrijana materija okreće, tvoreći svjetleći akrecijski disk.
Spajanja i sudaranja crnih rupa
Jedan od najzanimljivijih fenomena u astrofizici je sudar crnih rupa, koji također omogućuje otkrivanje tako masivnih astronomskih tijela. Takvi procesi nisu od interesa samo za astrofizičare, budući da rezultiraju fenomenima koje fizičari slabo proučavaju. Najupečatljiviji primjer je već spomenuti događaj nazvan GW150914, kada su se dvije crne rupe toliko približile da su se, kao rezultat međusobnog gravitacijskog privlačenja, spojile u jednu. Važna posljedica ovog sudara bila je pojava gravitacijskih valova.
Prema definiciji, gravitacijski valovi su promjene u gravitacijskom polju koje se valovito šire od masivnih objekata koji se kreću. Kada se dva takva objekta približe, počinju se okretati oko zajedničkog težišta. Kako se približavaju, njihova se rotacija oko vlastite osi povećava. Takve naizmjenične oscilacije gravitacijskog polja u nekom trenutku mogu formirati jedan snažan gravitacijski val, koji se može širiti svemirom milijunima svjetlosnih godina. Tako su se na udaljenosti od 1,3 milijarde svjetlosnih godina sudarile dvije crne rupe, generirajući snažan gravitacijski val koji je 14. rujna 2015. stigao do Zemlje, a zabilježili su ga detektori LIGO i VIRGO.
Kako crne rupe umiru?
Očito, da bi crna rupa prestala postojati, morala bi izgubiti svu svoju masu. Međutim, prema njezinoj definiciji, ništa ne može napustiti crnu rupu ako je prešlo njezin horizont događaja. Poznato je da je mogućnost emisije čestica iz crne rupe prvi spomenuo sovjetski teorijski fizičar Vladimir Gribov, u razgovoru s još jednim sovjetskim znanstvenikom Jakovom Zeldovičem. Tvrdio je da je s gledišta kvantne mehanike crna rupa sposobna emitirati čestice kroz efekt tuneliranja. Kasnije je, koristeći kvantnu mehaniku, engleski teorijski fizičar Stephen Hawking izgradio vlastitu, nešto drugačiju teoriju. Više o ovom fenomenu možete pročitati. Ukratko, u vakuumu postoje takozvane virtualne čestice, koje se neprestano rađaju u parovima i međusobno uništavaju, bez interakcije s vanjskim svijetom. Ali ako se takvi parovi pojave na horizontu događaja crne rupe, tada ih jaka gravitacija hipotetski može razdvojiti, pri čemu jedna čestica pada u crnu rupu, a druga se udaljava od crne rupe. A budući da se čestica koja leti iz rupe može promatrati, pa stoga ima pozitivnu energiju, onda čestica koja pada u rupu mora imati negativnu energiju. Tako će crna rupa izgubiti svoju energiju i doći će do efekta koji se naziva isparavanje crne rupe.
Prema postojećim modelima crne rupe, kao što je ranije spomenuto, kako se njezina masa smanjuje, njezino zračenje postaje sve intenzivnije. Zatim, u završnoj fazi postojanja crne rupe, kada se može smanjiti na veličinu kvantne crne rupe, oslobodit će ogromnu količinu energije u obliku zračenja, koja bi mogla biti ekvivalentna tisućama ili čak milijunima atomskih bombe. Ovaj događaj pomalo podsjeća na eksploziju crne rupe, poput iste bombe. Prema izračunima, primordijalne crne rupe mogle su nastati kao rezultat Velikog praska, a one od njih s masom od oko 10 12 kg isparile bi i eksplodirale oko našeg vremena. Bilo kako bilo, takve eksplozije astronomi nikada nisu primijetili.
Unatoč Hawkingovom predloženom mehanizmu za uništavanje crnih rupa, svojstva Hawkingovog zračenja uzrokuju paradoks u okviru kvantne mehanike. Ako crna rupa apsorbira određeno tijelo, a zatim izgubi masu koja je nastala apsorpcijom tog tijela, tada se, bez obzira na prirodu tijela, crna rupa neće razlikovati od onoga što je bila prije apsorbiranja tijela. U tom su slučaju informacije o tijelu zauvijek izgubljene. Sa stajališta teoretskih proračuna, transformacija početnog čistog stanja u rezultirajuće miješano (“toplinsko”) stanje ne odgovara trenutnoj teoriji kvantne mehanike. Taj se paradoks ponekad naziva nestankom informacija u crnoj rupi. Definitivno rješenje za ovaj paradoks nikada nije pronađeno. Poznata rješenja paradoksa:
- Nevaljanost Hawkingove teorije. To podrazumijeva nemogućnost uništenja crne rupe i njen stalni rast.
- Prisutnost bijelih rupa. U tom slučaju apsorbirana informacija ne nestaje, već se jednostavno baca u drugi Svemir.
- Nedosljednost općeprihvaćene teorije kvantne mehanike.
Neriješen problem fizike crnih rupa
Sudeći prema svemu što je ranije opisano, crne rupe, iako se relativno dugo proučavaju, još uvijek imaju mnoge karakteristike, čiji su mehanizmi još uvijek nepoznati znanstvenicima.
- Godine 1970. engleski znanstvenik formulirao je tzv. “načelo kozmičke cenzure” - “Priroda se gnuša gole singularnosti.” To znači da se singularnosti stvaraju samo na skrivenim mjestima, poput središta crne rupe. Međutim, ovo načelo još nije dokazano. Postoje i teoretski izračuni prema kojima može nastati "gola" singularnost.
- Nije dokazan ni “teorem bez dlake” prema kojem crne rupe imaju samo tri parametra.
- Potpuna teorija magnetosfere crne rupe nije razvijena.
- Priroda i fizika gravitacijske singularnosti nisu proučavane.
- Ne zna se pouzdano što se događa u završnoj fazi postojanja crne rupe, a što ostaje nakon njenog kvantnog raspada.
Zanimljive činjenice o crnim rupama
Rezimirajući gore navedeno, možemo istaknuti nekoliko zanimljivih i neobičnih značajki prirode crnih rupa:
- BH imaju samo tri parametra: masu, električni naboj i kutni moment. Kao rezultat tako malog broja karakteristika ovog tijela, teorem koji to tvrdi naziva se "teorem bez dlake". Odatle je i izraz “crna rupa nema dlake” što znači da su dvije crne rupe potpuno identične, njihova tri navedena parametra su ista.
- Gustoća crne rupe može biti manja od gustoće zraka, a temperatura je blizu apsolutne nule. Iz ovoga možemo pretpostaviti da do nastanka crne rupe ne dolazi zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu.
- Vrijeme prolazi mnogo sporije za tijela koja je apsorbirala crna rupa nego za vanjskog promatrača. Osim toga, apsorbirana tijela značajno se protežu unutar crne rupe, što su znanstvenici nazvali spagetiranjem.
- Možda postoji oko milijun crnih rupa u našoj galaksiji.
- U središtu svake galaksije vjerojatno postoji supermasivna crna rupa.
- U budućnosti, prema teoretskom modelu, Svemir će doći do tzv. ere crnih rupa, kada će crne rupe postati dominantna tijela u Svemiru.
Postojeće ideje o crnim rupama temelje se na teoremima dokazanim pomoću diferencijalne geometrije mnogostrukosti. Rezultati teorije prikazani su u knjigama i ovdje ih nećemo ponavljati. Upućujući čitatelja na pojedinosti o monografijama i zbirkama, kao i izvornim člancima i pregledima, ograničit ćemo se na kratki popis glavnih odredbi na kojima se temelje moderne ideje o crnim rupama.
Najopćenitija obitelj vakuumskih rješenja Einsteinovih jednadžbi, koja opisuje stacionarna asimptotski ravna prostor-vremena s nesingularnim horizontom događaja i pravilnim posvuda izvan horizonta, ima aksijalnu simetriju i podudara se s dvoparametarskom Kerrovom obitelji. Dva neovisna parametra i a određuju masu i rotacijski moment crne rupe. Teoremi koji podupiru ovu tvrdnju formulirani su u radovima za nerotirajuću crnu rupu i generalizirani na Kerrovu metriku u . Rješenja Einsteinovih nevakuumskih jednadžbi koje opisuju crne rupe mogu se karakterizirati velikim brojem parametara. Tako u slučaju Einstein-Maxwellovog sustava jednadžbi navedena svojstva ima Kerr-Newmanova obitelj rješenja koja ima četiri parametra gdje su električni i magnetski naboj, čime se dokazuje jedinstvenost ove obitelji. Postoje rješenja Einstein-Yang-Millsovog sustava jednadžbi, koji opisuju crne rupe koje nose mjerne (boje) naboje, kao i Einstein-Yang-Mills-Higgsovih sustava sa spontano narušenom simetrijom, koji opisuju točkaste gravitirajuće monopole i dyone skrivene ispod horizont događaja. U proširenoj supergravitaciji pronađena su rješenja koja opisuju ekstremno nabijene crne rupe s fermionskom strukturom. Važno je da su sva navedena rješenja poznata za polja nulte mase, crna rupa ne može imati vlastita masivna vanjska polja.
Kerr-Newmanovo polje
Odgađajući raspravu o rješenjima s magnetskim i mjernim nabojem do § 18, razmotrimo detaljnije Kerr-Newmanovo rješenje, koje opisuje rotirajući električni naboj
Crna rupa. U Boyer-Lindquistovim koordinatama kvadrat prostorno-vremenskog intervala ima oblik
gdje se uvodi standardna notacija
4-potencijal (-oblik) elektromagnetskog polja, određen rel
at se ne razlikuje od potencijala točkastog naboja u prostoru Minkowskog. Dodatni član proporcionalan a, u prostornoj beskonačnosti, koincidira s potencijalom magnetskog dipola veličine Nenulte komponente kontravarijantnog metričkog tenzora su jednake (koordinate označavamo brojevima 0, 1, 2, 3)
Za Kerr-Newmanovu metriku postoji trideset Christoffelovih simbola različitih od nule, od kojih su dvadeset i dva po paru jednaka
gdje je naznačeno
Christoffelovi simboli su parne diferencijske funkcije i ne nestaju u ekvatorijalnoj ravnini Kerrove metrike. Ostale povezane komponente su neparne s obzirom na refleksiju u ravnini gdje poprimaju nulte vrijednosti. Ovo je korisno imati na umu pri rješavanju jednadžbi gibanja čestica.
Komponente različite od nule tenzora elektromagnetskog polja su jednake
što odgovara superpoziciji Coulombovog polja i polja magnetskog dipola.
Linearni element (1) ne ovisi o koordinatama pa vektori
su Killing vektori koji generiraju vremenske pomake i rotacije oko osi simetrije. Ubijajući vektori i nisu ortogonalni jedan na drugi
Simetričnost elektromagnetskog polja u odnosu na transformacije određene Killingovim vektorima izražava se u jednakosti nuli Liejevih izvodnica 4-potencijala (3) duž vektorskih polja (8),
Vektor je vremenski sličan u području ograničenom nejednakošću
a postaje izotropna na površini ergosfere
koji je elipsoid revolucije. Unutar ergosfere, vektor je sličan prostoru, ali postoji linearna kombinacija Killingovih vektora
koji je vremenski sličan Killingov vektor unutar ergosfere ako je nejednakost
Površina na kojoj se spajaju je horizont događaja, njegov položaj određen je velikim korijenom jednadžbe
gdje nalazimo gdje
Količina igra ulogu kutne brzine rotacije horizonta; u skladu s općim teoremom ne ovisi o kutu
Horizont događaja je izotropna hiperpovršina čiji prostorni presjek ima topologiju sfere. Površina dvodimenzionalne površine horizonta izračunava se formulom
što dovodi do rezultata
Prema Hawkingovom teoremu, površina horizonta događaja crne rupe uronjene u materijalni medij čiji tenzor energije-momenta zadovoljava uvjete energetske dominacije ne može se smanjiti. Masa i rotacijski moment rupe mogu se pojedinačno smanjiti, a nakon potpunog gubitka rotacijskog momenta crna rupa će imati masu ne manju od
koja je nazvana "nesmanjivom" masom crne rupe. Zakon o neopadajućem području horizonta događaja ima zajedničku prirodu sa zakonom rastuće entropije; može se povezati s gubitkom informacija o stanju tvari koja se nalazi ispod horizonta događaja. Ako crna rupa nije imala neki
entropije, tada bi pri apsorpciji, recimo, zagrijanog plina u vanjskom prostoru došlo do smanjenja entropije. Pozivanje na kvantna razmatranja eliminira opasnost od kontradikcije s drugim zakonom termodinamike, jer se ispostavlja da je u kvantnoj gravitaciji entropija crne rupe doista proporcionalna površini horizonta događaja (21) u jedinicama kvadrata Planckove duljine
Ovo također odgovara ranijim proračunima učinka stvaranja čestica u crnim rupama u okviru semiklasične teorije. Ukupna entropija crne rupe i apsorbirane tvari u ovom slučaju ne opada, budući da se tijekom apsorpcije povećava masa (a možda i rotacijski moment) crne rupe, zbog čega se površina horizonta događaja povećava. povećava se. Treba napomenuti da je nazivnik u (23) izuzetno malen, stoga se makroskopskom promjenom područja horizonta entropija crne rupe mijenja za vrlo veliki iznos.
Na horizontu događaja postoji stalna linearna kombinacija komponenata 4-potencijala, koji za promatrača koji rotira s horizontom ima značenje elektrostatskog potencijala horizonta.
Također je konstantna veličina koja se naziva "površinska gravitacija" crne rupe, koja je jednaka ubrzanju (u jedinicama koordinatnog vremena) čestice koja miruje na horizontu, u nepromjenjivom obliku
gdje je vektor određen formulom (14). at (tj. je izotropni vektor koji leži na hiperpovršini
Drugi izotropni vektor normaliziran uvjetom. Za Kerr-Newmanovu metriku, površinska gravitacija horizonta jednaka je
Crne rupe
Počevši od sredine 19.st. razvojem teorije elektromagnetizma, James Clerk Maxwell imao je veliku količinu informacija o električnim i magnetskim poljima. Konkretno, ono što je bilo iznenađujuće je činjenica da se električne i magnetske sile smanjuju s udaljenošću na potpuno isti način kao i gravitacija. I gravitacijske i elektromagnetske sile su dalekodometne sile. Mogu se osjetiti na vrlo velikoj udaljenosti od njihovih izvora. Naprotiv, sile koje vežu jezgre atoma – sile jakih i slabih međudjelovanja – imaju kratak domet djelovanja. Nuklearne sile se osjećaju samo u vrlo malom području koje okružuje nuklearne čestice. Veliki raspon elektromagnetskih sila znači da se, daleko od crne rupe, mogu eksperimentirati kako bi se otkrilo je li rupa nabijena ili ne. Ako crna rupa ima električni naboj (pozitivan ili negativan) ili magnetski naboj (koji odgovara sjevernom ili južnom magnetskom polu), tada udaljeni promatrač može koristiti osjetljive instrumente za otkrivanje postojanja tih naboja. U kasnim 1960-im i početkom 1970-ih, astrofizičari-teoretičari naporno su radili na problemu: koja su svojstva crnih rupa sačuvana, a koja su u njima izgubljena? Karakteristike crne rupe koje može mjeriti udaljeni promatrač su njezina masa, naboj i kutni moment. Ove tri glavne karakteristike sačuvane su tijekom formiranja crne rupe i određuju geometriju prostor-vremena u njenoj blizini. Drugim riječima, ako postavite masu, naboj i kutni moment crne rupe, tada će sve o njoj biti već poznato – crne rupe nemaju drugih svojstava osim mase, naboja i kutnog momenta. Dakle, crne rupe su vrlo jednostavni objekti; puno su jednostavnije od zvijezda iz kojih nastaju crne rupe. G. Reisner i G. Nordström otkrili su rješenje Einsteinovih jednadžbi gravitacijskog polja, koje u potpunosti opisuje “nabijenu” crnu rupu. Takva crna rupa može imati električni naboj (pozitivan ili negativan) i/ili magnetski naboj (koji odgovara sjevernom ili južnom magnetskom polu). Ako su električki nabijena tijela uobičajena, onda magnetski nabijena uopće nisu. Tijela koja imaju magnetsko polje (na primjer, obični magnet, igla kompasa, Zemlja) nužno imaju i sjeverni i južni pol odjednom. Sve do nedavno, većina fizičara vjerovala je da se magnetski polovi uvijek pojavljuju samo u parovima. Međutim, 1975. godine skupina znanstvenika s Berkeleya i Houstona objavila je da su tijekom jednog od svojih eksperimenata otkrili magnetski monopol. Ako se ti rezultati potvrde, ispostavlja se da mogu postojati odvojeni magnetski naboji, tj. da sjeverni magnetski pol može postojati odvojeno od južnog, i obrnuto. Reisner-Nordströmovo rješenje dopušta mogućnost da crna rupa ima monopolno magnetsko polje. Bez obzira na to kako je crna rupa dobila svoj naboj, sva svojstva tog naboja u Reisner-Nordströmovoj otopini kombiniraju se u jednu karakteristiku - broj Q. Ova značajka je analogna činjenici da Schwarzschildovo rješenje ne ovisi o tome kako crna rupa je dobila svoju masu. Štoviše, geometrija prostor-vremena u Reisner-Nordströmovom rješenju ne ovisi o prirodi naboja. Može biti pozitivan, negativan, odgovarati sjevernom magnetskom polu ili južnom - važna je samo njegova puna vrijednost, koja se može napisati kao |Q|. Dakle, svojstva Reisner-Nordströmove crne rupe ovise samo o dva parametra - ukupnoj masi rupe M i njenom ukupnom naboju |Q| (drugim riječima, na njegovu apsolutnu vrijednost). Razmišljajući o pravim crnim rupama koje bi doista mogle postojati u našem Svemiru, fizičari su došli do zaključka da Reisner-Nordströmovo rješenje nije previše značajno, jer su elektromagnetske sile mnogo jače od gravitacijskih. Na primjer, električno polje elektrona ili protona trilijune trilijuna puta je jače od njegovog gravitacijskog polja. To znači da kada bi crna rupa imala dovoljno velik naboj, tada bi ogromne sile elektromagnetskog podrijetla brzo raspršile plin i atome koji “lebde” u svemiru u svim smjerovima. U vrlo kratkom vremenu čestice s istim predznakom naboja kao crna rupa doživjele bi snažno odbijanje, a čestice suprotnog predznaka doživjele bi jednako snažno privlačenje prema njoj. Privlačeći čestice suprotnog naboja, crna bi rupa ubrzo postala električki neutralna. Stoga možemo pretpostaviti da prave crne rupe imaju samo mali naboj. Za prave crne rupe, vrijednost |Q| trebala biti mnogo manja od M. Zapravo, iz izračuna proizlazi da bi crne rupe koje bi stvarno mogle postojati u svemiru trebale imati masu M barem milijardu milijardi puta veću od vrijednosti |Q|.
Istraživači sa sveučilišta u Valenciji i Lisabonu odlučili su pogledati dalje od opće teorije relativnosti kako bi riješili glavni problem s crnim rupama - čudne pojave u njihovom središtu.
Električni nabijene crne rupe
Crna rupa koju razmatraju je poseban slučaj koji ne postoji u prirodi, jer je električki nabijena i ne rotira oko sebe. Ovaj čudni objekt nije točka beskonačne gustoće, već crvotočina – svojevrsni most do drugog mjesta u vremenu i prostoru.
Da bi došli do ove odluke, znanstvenici su crnu rupu izjednačili s grafenom ili kristalom. Njihova se geometrija može koristiti za reprodukciju prostora i vremena.
Prostorno-vremenska anomalija
Baš kao što su kristali nesavršeni u svojoj mikrostrukturi, središnje područje crne rupe može se protumačiti kao anomalija u prostoru i vremenu, zahtijevajući nove geometrijske elemente da bi se točnije opisala. Znanstvenici su istražili sve moguće opcije, uzimajući u obzir činjenice koje su uočili u prirodi. 
Opisivanje značajki crnih rupa još uvijek je nevjerojatno težak zadatak. Da bi se to postiglo, potrebno je spojiti teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku, a one zajedno dosta loše funkcioniraju.
Teorija znanstvenika prirodno rješava nekoliko problema u tumačenju električki nabijenih crnih rupa. Prije svega, riješili su problem singularnosti, budući da se u središtu crne rupe nalaze “vrata” - crvotočina kroz koju se vrijeme i prostor mogu nastaviti. 
Uloga crvotočine
Prema tumačenju znanstvenika, mjesto u središtu crne rupe zamijenjeno je crvotočinom, čija je veličina izravno proporcionalna njenom električnom naboju. Što je veći naboj, veća je i crvotočina. Teoretski, neki neustrašivi istraživač mogao bi skočiti u ovu crnu rupu, gdje bi ga usisale intenzivne plimne sile (proces koji se zove špagetifikacija), proći kroz crvotočinu i moći se vratiti natrag u svemir.
Ovo otkriće je vrlo zanimljivo. Iako se crvotočine obično predviđa općom teorijom relativnosti, one zahtijevaju neku vrstu egzotične materije da bi ostale stabilne. Umjesto toga, manifestiraju se u običnoj materiji i energiji.
Ne očekuje se da će se crne rupe s električnim nabojem formirati u prirodi, osobito ako proizvode neobične rezultate kao što je formiranje stabilne crvotočine. Ali, nakon svega, čak su se i prave crne rupe nekoć smatrale samo otmjenom teoretskom idejom.
Počevši od sredine 19.st. razvojem teorije elektromagnetizma, James Clerk Maxwell imao je veliku količinu informacija o električnim i magnetskim poljima. Konkretno, ono što je bilo iznenađujuće je činjenica da se električne i magnetske sile smanjuju s udaljenošću na potpuno isti način kao i gravitacija. I gravitacijske i elektromagnetske sile su dalekodometne sile. Mogu se osjetiti na vrlo velikoj udaljenosti od njihovih izvora. Naprotiv, sile koje vežu jezgre atoma – sile jakih i slabih međudjelovanja – imaju kratak domet djelovanja. Nuklearne sile se osjećaju samo u vrlo malom području koje okružuje nuklearne čestice. Veliki raspon elektromagnetskih sila znači da se, daleko od crne rupe, mogu eksperimentirati kako bi se otkrilo je li rupa nabijena ili ne. Ako crna rupa ima električni naboj (pozitivan ili negativan) ili magnetski naboj (koji odgovara sjevernom ili južnom magnetskom polu), tada udaljeni promatrač može otkriti postojanje tih naboja pomoću osjetljivih instrumenata. Kasnih 1960-ih i ranih 1970-ih, teorijski astrofizičari su puno radili na problemu: koja su svojstva crnih rupa sačuvana, a koja su u njima izgubljena? Karakteristike crne rupe koje može izmjeriti udaljeni promatrač su njena masa, naboj i kutni moment. Ove tri glavne karakteristike sačuvane su tijekom formiranja crne rupe i određuju geometriju prostor-vremena u njenoj blizini. Drugim riječima, ako postavite masu, naboj i kutni moment crne rupe, tada će sve o njoj biti već poznato – crne rupe nemaju drugih svojstava osim mase, naboja i kutnog momenta. Dakle, crne rupe su vrlo jednostavni objekti; puno su jednostavnije od zvijezda iz kojih nastaju crne rupe. G. Reisner i G. Nordström otkrili su rješenje Einsteinovih jednadžbi gravitacijskog polja, koje u potpunosti opisuje “nabijenu” crnu rupu. Takva crna rupa može imati električni naboj (pozitivan ili negativan) i/ili magnetski naboj (koji odgovara sjevernom ili južnom magnetskom polu). Ako su električki nabijena tijela uobičajena, onda magnetski nabijena uopće nisu. Tijela koja imaju magnetsko polje (na primjer, obični magnet, igla kompasa, Zemlja) nužno imaju i sjeverni i južni pol odjednom. Sve do nedavno, većina fizičara vjerovala je da se magnetski polovi uvijek pojavljuju samo u parovima. Međutim, 1975. godine skupina znanstvenika s Berkeleya i Houstona objavila je da su tijekom jednog od svojih eksperimenata otkrili magnetski monopol. Ako se ti rezultati potvrde, ispostavlja se da mogu postojati odvojeni magnetski naboji, tj. da sjeverni magnetski pol može postojati odvojeno od južnog, i obrnuto. Reisner-Nordströmovo rješenje dopušta mogućnost da crna rupa ima monopolno magnetsko polje. Bez obzira na to kako je crna rupa dobila svoj naboj, sva svojstva tog naboja u Reisner-Nordströmovoj otopini kombiniraju se u jednu karakteristiku - broj Q. Ova značajka je analogna činjenici da Schwarzschildovo rješenje ne ovisi o tome kako crna rupa je dobila svoju masu. Štoviše, geometrija prostor-vremena u Reisner-Nordströmovom rješenju ne ovisi o prirodi naboja. Može biti pozitivan, negativan, odgovarati sjevernom magnetskom polu ili južnom - važna je samo njegova puna vrijednost, koja se može napisati kao |Q|. Dakle, svojstva Reisner-Nordströmove crne rupe ovise samo o dva parametra - ukupnoj masi rupe M i njenom ukupnom naboju |Q| (drugim riječima, na njegovu apsolutnu vrijednost). Razmišljajući o pravim crnim rupama koje bi doista mogle postojati u našem Svemiru, fizičari su došli do zaključka da Reisner-Nordströmovo rješenje nije previše značajno, jer su elektromagnetske sile mnogo jače od gravitacijskih. Na primjer, električno polje elektrona ili protona trilijune trilijuna puta je jače od njegovog gravitacijskog polja. To znači da kada bi crna rupa imala dovoljno velik naboj, tada bi ogromne sile elektromagnetskog podrijetla brzo raspršile plin i atome koji “lebde” u svemiru u svim smjerovima. U vrlo kratkom vremenu čestice s istim predznakom naboja kao crna rupa doživjele bi snažno odbijanje, a čestice suprotnog predznaka doživjele bi jednako snažno privlačenje prema njoj. Privlačeći čestice suprotnog naboja, crna bi rupa ubrzo postala električki neutralna. Stoga možemo pretpostaviti da prave crne rupe imaju samo mali naboj. Za prave crne rupe, vrijednost |Q| trebala biti mnogo manja od M. Zapravo, iz izračuna proizlazi da bi crne rupe koje bi stvarno mogle postojati u svemiru trebale imati masu M barem milijardu milijardi puta veću od vrijednosti |Q|.
