piątek, 14 czerwca 2013

Czarne dziury

Ogólna teoria względności zakłada, że musi istnieć obiekt o tak dużej masie, że nawet światło nie będzie miało wystarczającej prędkości, by opuścić jego pole grawitacyjne. Oznacza to, że przed czarną dziurą nie ucieknie też żadna materia, ponieważ przekroczenie prędkości światła jest niemożliwe. Chociaż istnieje teoria zakładająca powolną utratę masy przez czarną dziurę, to podstawowe jej działanie pozostaje niezmienne – jest to wielki, kosmiczny odkurzacz, który wsysa wszystko, co się do niego zbliży.

Jak powstaje czarna dziura

Kiedy kończy się życie gwiazdy, jej centrum zaczyna się kurczyć pod wpływem własnej grawitacji. Powstaje granica przyszłej czarnej dziury nazywana horyzontem zdarzeń. Wtedy jeszcze istnieje ucieczka przed zasysającą siłą kurczącej się gwiazdy, ale by się wydostać, materia musi poruszać się z prędkością światła. Wraz z dalszym zapadaniem się centrum gwiazdy staje się ono wreszcie mniejsze niż horyzont zdarzeń, by przeistoczyć się ostatecznie w nieskończenie mały punkt o nieskończenie wielkiej gęstości. Otaczający go horyzont zdarzeń wyznacza granicę, po której przekroczeniu, przed olbrzymią grawitacją czarnej dziury nie ma już ucieczki.

Artystyczne wyobrażenie czarnej dziury

Nie każda gwiazda jest skazana na przeobrażenie się w czarną dziurę. Dotyczy to tych, które zakończą swój żywot wybuchem, zwanym supernową. To niezwykłe zjawisko zachodzi gdy w gwieździe przestają zachodzić reakcje termojądrowe i zaczyna się ona zapadać pod własnym ciężarem. Ma również miejsce, kiedy typ gwiazdy zwany białym karłem pobierze odpowiednią ilość energii z sąsiadującej gwiazdy i wybuchnie. By powstała czarna dziura masa centrum gwiazdy musi być jednak trzykrotnie większa niż masa Słońca. Czarne dziury powstają też w centrach galaktyk, prawdopodobnie w wyniku zapadnięcia się gwiazd, kwazarów (rodzaju aktywnej galaktyki) lub obłoków gazowych.

Obserwowanie czarnych dziur

Abyśmy mogli coś zobaczyć, musi do naszych oczu dotrzeć światło wytworzone lub odbite przez dany obiekt. Jak obserwować coś, co „połyka” całe światło? Samej czarnej dziury oczywiście nie widzimy, ale dostrzec możemy efekty działania jej pola grawitacyjnego. Takim zjawiskiem jest dysk akrecyjny, czyli wirująca wokół czarnej dziury materia, która ma bardzo wysoką temperaturę i przed przekroczeniem horyzontu zdarzeń emituje promieniowanie rentgenowskie. Jak przypuszczają naukowcy, niektóre dyski akrecyjne potrafią być naprawdę gigantyczne. Podejrzewa się, że często centra galaktyk tworzą olbrzymie czarne dziury, a ich dyski mogą mieć szerokość milionów lat świetlnych. Także nasza galaktyka, Droga Mleczna posiada w swoim centrum czarną dziurę o masie 2,6 milionów masy Słońca.

Galaktyka NGC 4621, której centrum to najprawdopodobniej wielka czarna dziura


Parujące czarne dziury

Wydaje się, że czarna dziura, ze względu na siłę grawitacji, nie może tracić masy. Według teorii słynnego fizyka Stephena Hawkinga, jest inaczej. Wykorzystując ogólną teorię względności i mechanikę kwantową (czyli fizykę bardzo małych cząstek) fizyk doszedł do wniosku, że czarne dziury emitują promieniowanie. Oznacza to, że nie „przybierają na wadze” w nieskończoność, ale z czasem na wadze tracą. Zjawisko to zostało nazwane parowaniem i mogłoby zostać udowodnione, gdyby sprawdziła się teoria, że bardzo małe cząstki promieniowania kosmicznego tworzą mikro czarne dziury, które od razu parują. Na razie jednak nie udało się potwierdzić tych przypuszczeń. W każdym razie „pełnowymiarowe” czarne dziury mają tak wielką masę, że proces ich parowania trwałby niezwykle długo, prawdopodobnie dłużej niż trwa Wszechświat.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz