Când o stea moare și devine o gaură neagră, toată informația despre geometria ei se pierd. Trei parametri sunt suficienți însă pentru a descrie complet o gaură neagră: masa, încărcătura electrică și viteza de rotație. În cele ce urmează vom descrie cele trei tipuri de găuri negre cunoscute:

• Gaura neagră statică – nu are încărcătură electrică și este numită gaura neagră Schwarzschild
• Gaura neagră încărcată electric – numită gaura neagră Reissner-Nordstrøm
• Gaura neagră rotativă – numită evident gaura neagră a lui Kerr

Înainte să discutăm despre ce anume se petrece în interiorul unei găuri negre, trebuie mai întâi să discutăm despre trei aspecte principale care ne vor ajuta să înțelegem mai bine aceste entități cosmice.

Gravitational redshift

Unul dintre rezultatele fantastice ale Relativității Generale este timpul. Timpul trece mai încet atunci când forțele gravitaționale sunt mai puternice. În consecință, pentru un observator din exterior, timpul aparent al unui obiect din depărtare, legat de câmpul gravitațional, încetinește: pentru un ceas aflat aproape de gaura neagră, timpul încetinește iar observatorul de la depărtare observă încetinirea. Acest fenomen încetinește frecvența undelor radiate de către obiect, cu alte cuvinte, emisia spectrului se schimbă în frecvențe joase. Această comutare se numește gravitational redshift prin analogie cu fenomenul redshift din expasiunea Universului, sau cu efectul Doppler. Energia unui foton este direct proporțională cu frecvența sa. Astfel, putem interpreta gravitational redshift drept o pierdere de energie necesară evadării din câmpul gravitațional. Acest efect este, desigur, foarte slab pentru câmpurile gravitaționale normale precum cel al Terrei, dar este destul de important aproape de o gaură neagră.

Diagrama spațiu – timp

O diagramă spațiu-timp este foarte simplu de explicat dacă ne referim la un continuum spațiu-timp precum al nostru. De multe ori, aceste diagrame afișează doar o dimensiune spațială, pentru simplificare. Diagonalele albastre sunt numite „conul de lumină”. Nimic nu se poate mișca mai rapid ca lumina, așa că pentru orice obiect, calea nu poate fi decât în interiorul lui. Drept rezultat, cele două zone, marcate cu area 1 și area 2, sunt independente: niciun eveniment din area 1 nu poate acționa asupra unui punct/eveniment/obiect din area 2 și invers. Pentru a putea interacționa, unul dintre obiecte ar trebui să călătorească mai repede decât lumina.

Diagrama spațiu-timp Penrose

Această diagramă vine de la fizicianul Roger Penrose. Este o diagramă spațiu-timp care poate fi închisă prin metode matematice, aducând infinitatea înapoi la linii. O asemenea diagramă este o descriere exactă a Universului iar scopul său este acela de a arăta doar relațiile cauzale. Iată cum arată o astfel de diagramă, limitată mereu la o dimensiune. Ca și în diagrama normală spațiu-timp, lumina călătorește pe diagonaleiar obiectele pot urma doar căile evidențiate cu albastru pe grafic. Această diagramă este rezultatul compactării spațiului. Este înfățișat aici un univers spațiu-timp infinit, fără început și fără sfârșit. Ei bine, cu aceste noțiuni, acum putem discuta despre ce anume se întâmplă atunci când ne apropiem de o gaură neagră.

Gaura neagră Schwarzschild

Ceasta este cea mai simplă gaură neagră, cel mai simplu model. Chiar dacă nu există în Universul nostru, dar ne permite să începem discuția despre principalele concepte. Numele vine de la astronomul german Schwarzschild, o persoană, prima persoană care a reușit să rezolve ecuația Relativității Generale în apropiere de un obiect masiv, într-un spațiu gol. Să considerăm un observator care se apropie de o gaură neagră. Ce va observa acesta?

• În primul rând ar trebui să facem față forțelor de tip maree, aceste forțe sunt create de diferențele câmpului gravitațional dintre două puncte, aflate la distanțe diferite față de obiectul masiv care generează câmpul. Pe Terra, aceste forțe sunt neglijabile, dar în acest caz pot avea valori uriașe în apropierea orizontului.
• Dacă observatorul privește un obiect care cade în gaura neagră, va observa că lumina radiată de acel obiect se modifică spre lungimi de undă mai mari, din cauza gravitational redshift. Schimbarea tinde spre infinit aproape de gaura neagră. În vreme ce timpul observatorului încetinește, acesta vede cum obiectul cade spre orizont dar obiectul nu tinde niciodată orizontul, iar frecvența luminii radiate de către acesta devine din ce în ce mai slabă. Pentru obiectul care cade în gaura neagră, timpul nu mai are aceeași valoare. Acesta este unul dintre aspectele Relativității. Într-un asemenea loc, timpul de călătorie este infinit dar destul de scurt în același moment, din pricina accelerației create de câmpul gravitațional intens.
• În apropiere de orizont, acesta va trece de sfera fotonică. În apropiere unui corp masiv, orice obiect poate fi pus pe orbită dacă viteza sa este una potrivită cu altitudinea. În jurul găurii negre, gravitația este așa de mare încât există un punct orbital care necesită o viteză egală cu cea a luminii. Acest punct se numește sfera fotonică, numită astfel pentru că, evident, doar fotonii pot călătorii cu viteza luminii. Această sferă este doar aeriană, iar orbitele ei sunt foarte instabile. Astfel, sfera fotonică este de 1.5 ori mai mare decât raza Schwarzschild (raza Schwarzschild = orizontul, limita găurii negre, distanța de la singularitate). Singularitatea este un punct în care spațiul și timpul au o curbură infinită.
• Apoi, va trece de linia orizontului. În acest moment, nu se mai poate întoarce, nu mai poate scăpa de gaura neagră. În momentul în care trece de orizont, timpul și spațiul sunt înlocuite, ce a fost în fața lui devine viitorul. Pe înțelesul tuturor, nu poate sta într-un punct fix, este obligat să cadă în singularitate.