“Black holes are where God divided by zero.” (Albert Einstein)
Az energiatér-elmélet szerint a fekete lyukak nem azért nem bocsátanak ki fényt, mert az erős gravitáció miatt még a foton sem tud megszökni belőlük, hanem azért, mert már nincs minek megszöknie. Ha a tér energiája anyagként olyan nagy sűrűségben gyűlik össze, hogy saját tömege alatt összeroskad, ezzel kiszorítva magából az energiatér maradékát is, akkor fekete lyuk keletkezik. Ebből következik, hogy az abszolút sűrűségű fekete lyuk anyagsűrűsége sem végtelen, csupán már elérte az energia anyagi formájának maximális sűrűségét. Ha így vizsgáljuk a fekete lyukakat, akkor nincs szükség a szingularitásra, elég egy kritikus tömeget elérni, de hogy mi ez a kritikus tömeg, az a fekete lyukak különböző energia-állapotaitól függ.
A fekete lyuk egyik keletkezési módját már részletesen leírták "nagy tömegű csillagok egyik lehetséges végállapotaként, szupernóva-robbanás után a csillagmaradvány tömegétől függően vagy fekete lyuk, vagy neutroncsillag keletkezhet. A fekete lyuk keletkezéséhez elég nagy tömegű csillag szükséges, hogy még a belőle keletkezett neutroncsillag is összeroppanjon. Ez a tömeg jelenlegi ismereteink szerint valahol 1,7-2,7 naptömeg között van, a legkisebb ismert tömegű fekete lyuk 3,8 (±0,5) naptömegű. Ha viszont a csillag tömege túl nagy (20-40 naptömeg feletti), akkor még a szupernóva-robbanás előtt a csillagszéllel annyi anyagot veszít, hogy a maradék tömege nem elég a fekete lyuk létrejöttéhez, így nagyon gyorsan forgó és nagyon erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, magnetárok jönnek létre." A szupernóva-robbanás a fekete lyuk keletkezésének leggyakoribb formája, ehhez akkora tömegre van szükség, hogy az anyagából szinte csak protonok maradjanak a robbanás során, különben nem fekete lyuk, hanem neutroncsillag keletkezik.
A fekete lyuk sűrűsége méretének növelésével tovább növelhető, ami jelentős tömegvesztéssel jár. A fekete lyukak képesek összeolvadni, így nagyobb méretet elérni, bár erre a folyamatra kevés megfigyelés van. Egy érdekes eset a 2019. május 21-én az Advanced LIGO és Advanced Virgo detektorok által észlelt gravitációs hullám, ahol megállapították, hogy az egyesülésben részt vevő két fekete lyuk közül az egyik 85, a másik 66 naptömegű volt, a keletkező fekete lyukat 142 naptömegűnek mérték, vagyis 9 naptömeget veszített az egyesülés során.
forrás: https://ligo.org/science/Publication-GW190521/translations/science-summary-hungarian.pdf
Tehát a fekete lyuk ebben a méretosztályban is tartalmazhat még nagy mennyiségű térenergiát, ami már csak a proton szerkezetéből származhat, ezért vizsgálni kell a proton belső szerkezetének feltételezhető átalakulását is. Tudjuk, hogy a proton nem elemi részecske, hanem energiacsomók (kvarkok) alkotják. Ezek szerkezetében további térenergia, gluonok találhatók. Ha elfogadjuk azt a kísérleti tapasztalatot, miszerint a kvarkokban lévő energia nyugalmi tömege a proton tömegének csupán néhány százaléka, akkor a proton a szerkezetében lévő térenergia kiszorításával sokszorosára sűríthető, miközben energia szabadul fel. Ha ez megtörténik, ezzel a kvarkban található energiaelemek elveszítik minden kinetikus energiájukat, pontszerűen kimerevednek, az idő pedig megáll. Ennél az állapotnál nagyobb sűrűséget a térenergia anyagként nem érhet el. Viszont ebben az állapotban a fekete lyuk eredeti tömegének már csak néhány százaléka marad, így a gravitációs hatása is kisebb. Pontszerű szingularitást csak a kimerevedett energiaegység érhet el, de mivel hatalmas tömeg van együtt, ezért a fekete lyuknak ebben a formában is marad anyagi kiterjedése.
A legnagyobb fekete lyukak a galaxismagok, melyeket szupermasszív fekete lyukaknak neveznek. Ezek tömege akár több milliárd naptömeg lehet, mérések szerint már a Tejútrendszer központjában lévő Sagittarius A tömege is 4,4 millió naptömeg. A szupermasszív fekete lyukak folyamatosan híznak, hiszen az őket körülvevő anyag nagy részét már az akkréciós korongban ionizálják energia-felszabadulás kíséretében. Az ilyen típusú fekete lyukak szerkezete valószínűleg nem homogén, és csak a legbelső magja éri el az abszolút anyagsűrűséget. Az akkréciós korong ionizált gáza az előállapot, amiből már csak a proton és neutron képes bejutni, de a neutron a mélyebb rétegben protonná alakul, majd a még mélyebb rétegekben a proton is összeroppan, végül a kvarkokat alkotó energia kimerevedik, a felszabaduló energia pedig a fekete lyuk pólusain jetként kilökődik.
A fekete lyukakat jelenleg tömegük, forgási sebességük és töltésük határozza meg. A két véglet mérete kiszámítható, a Schwarzschild-metrika a nem forgó, töltés nélküli, a Kerr-Newman metrika a forgó, elektromosan töltött testek külső terét írja le, míg a forgó, töltés nélkülieket a Kerr, a nem forgó, de elektromosan töltött testek külső terét a Reissner-Nordström-metrika. Azt gondolom, szerencsésebb lenne a fekete lyukakat anyagsűrűségük alapján osztályozni, mivel ez határozza meg a bennük lévő anyag energiaállapotait. Eszerint léteznek neutroncsillagok, protoncsillagok, amit a mai tudomány már fekete lyuknak nevez, vegyes szerkezetű galaxismagok (szupermasszív fekete lyukak) és abszolút fekete lyukak, melyekben már csak a kimerevedett kvark-maradvány található.
