czarna dziura
advertisement
CZARNA DZIURA Jest takie powiedzenie: „Co leci do góry, musi spaść”. Nie jest to prawdą. Jeśli się coś rzuci naprawdę mocno, może nie spaść. Jeśli coś poleci dość szybko, może w ogóle opuścić Ziemię. Poleci jeszcze szybciej i pokona silne przyciąganie Słońca. Poleci naprawdę szybko, a umknie przyciąganiu miliardów gwiazd naszej galaktyki, drogi mlecznej. Jest jednak jeden obiekt, którego przyciąganie jest tak silne, że nigdy nie da się przed nim uciec, choćby się leciało z prędkością światła. Poznajmy potwora. To czarna dziura. Potrafi ona rozerwać gwiazdę, która się zbyt blisko niej znalazła. Wszystko co się zbliży, zginie. Trudno uwierzyć, że coś mogło by zniszczyć dużą planetę lub gwiazdę. Wyobraźmy sobie to. Umieśćmy czarną dziurę obok gwiazdy. Od razu zaczyna ją rozrywać. Taka gwiazdą mogło by być nasze Słońce. Rozszarpywana jest przez czarną dziurę. W takiej skali nasza Ziemia jest nie większa od kamienia. Czy mielibyśmy jakąkolwiek szansę? Czarna dziura tkwi w samy środku dysku, jest milion razy mniejsza od gwiazdy. A wyobraźcie sobie co potrafi. Co nadaje czarnej dziurze tę moc? Grawitacja. To siła utrzymująca nas na powierzchni Ziemi. Jeśli coś jest odpowiednio ciężkie, przyciąga się do siebie. Ziemi jest ciężka. Aby się oderwać od naszego małego globu trzeba wystartować rakietą lub promem kosmicznym. Przyciągnie ziemskie wydaje się takie potężne. Wyobraźmy sobie działanie Słońca. Słońce to waga ciężka układu słonecznego. Milion kilometrów średnicy. Wydaje się że Słońce jest duże? Zastanówmy się nad tym raz jeszcze. Istnieją olbrzymie gwiazdy. Ich przyciąganie oszałamia. W porównaniu z czarna dziurą gwiazda 100 razy większa od naszego Słońca, nie ma z nią żadnych szans. Czarna dziura wazy tyle co gwiazda, ale została wciśnięta w obszar zaledwie paru kilometrów. Grawitacja czarnej dziury jest gigantyczna. Nic się z niej nie wymknie. Co stworzyło takiego potwora? Śmierć gwiazdy. Wyobraźmy sobie gwiazdę 100 razy większą od Słońca i 1000 razy jaśniejszą. Podczas śmierci gwiazdy, górne warstwy są wyrzucane w górę, a jądro zgniatane do środka. Miliardy ton materii gwiezdnej, ściskane są tak długo aż cała gwiazda zostanie wciśnięta w obszar paru kilometrów. Na szczątkach umierającej gwiazdy rodzi się czarna dziura. W naszej galaktyce nowa czarna dziura powstaje co 1000 lat. Nie wydaje się to często, ale pamiętajmy, że galaktyka istnieje już dość długo. Gwiazdy wybuchają jak fajerwerki. Czarna dziura nigdy nie ginie. Wszystkie które kiedyś powstały wciąż tam gdzieś są. Powinno ich być około 10 milionów. Pytanie brzmi, tylko gdzie? Astronomowie zaczęli polować na nie, pożerające gwiazdy. Dzięki teleskopom w kosmosie wykrywamy ich coraz więcej. Czarne dziury rozrywają wszystko co napotykają. Większa z nich jest daleko, odkryliśmy je, bo się posilają. A co z tym co teraz śpią? Gdzie miliony czarnych dziur wędrujących po galaktyce? Ukrywają się na ciemnym tle kosmosu. Istnieje wszakże sposób wykrycia choćby najczarniejszej dziury. Zdradza je światło. Siła ciążenia czarnej dziury jest potężna, ma wpływa na wszystko. Może ugiąć światło. Kiedy czarna dziura przechodzi dokładnie na tle gwiazdy. Światło tej gwiazdy ugina się, demaskując czarną dziurę. Zgodnie z ogólną teorią względności grawitacja jest opisana jako zakrzywienie czasoprzestrzeni. W czasoprzestrzeni zakrzywione ciała, poruszają się po torach, które są liniami o ekstremalnej długości spośród wszystkich możliwych łuków łączących żądane punkty. Linie takie nazywamy geometrycznymi. Obliczenie długości należy przeprowadzić w pełnej przestrzeni czterowymiarowej (czasoprzestrzeni), posługując się zależnym od grawitacji tensorem metrycznym, zaś przez długość linii należy rozumieć sumę interwałów czasoprzestrzennych wzdłuż toru cząsteczki. W skrajnych przypadkach, oddziaływanie grawitacji może być tak duże, że wszystkie linie geodezyjne wokół danego ciała są liniami zamkniętymi. Żadna z nich nie wychodzi poza pewien geometryczny fragment objętości przestrzennej zwanej horyzontem zdarzeń. Czarna dziura jest obiektem, który znajduje się wewnątrz własnego horyzontu zdarzeń. Istnieje także coś takiego jak „supermasywna czarna dziura”. Jest to czarna dziura o masie rzędu milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Czarne dziury tego typu mogą powstawać w dwojaki sposób: przez powolną akrecję materii (poczynając od rozmiarów typowych dla zwykłej gwiazdy) lub bezpośrednio w wyniku grawitacyjnego zapadnięcia się niejednorodności materii, jakie tworzyły się po Wielkim Wybuchu. W przypadku pierwszego sposobu potrzebny jest długi czas i znaczna ilość dostępnej materii, by czarna dziura mogła się powiększać. Przypuszcza się, że większość o ile nie wszystkie galaktyki mają w swoim centralach suprermasywne czarne dziury. Bezpośrednie pomiary przesunięć dopplerowskich dla materii otaczającej jądro pobliskich galaktyk dowiodły, że musi się ona poruszać z bardzo dużymi prędkościami, co można wytłumaczyć jedynie wysoką koncentracją materii w centrum. Wedle obecnej wiedzy jedynym obiektem, który może skupić taką ilość materii w tak małym obszarze jest czarna dziura. W przypadku dalej położonych galaktyk aktywnych, szerokość obserwowanych linii spektralnych powiązana jest z masa czarnej dziury zasilającej aktywne jądro galaktyki. Uważa się, że takie supermasywne czarne dziury w centralach galaktyk są swojego rodzaju „silnikami” zasilającymi aktywne obiekty, takie jak galaktyki Seyfera czy kwazary. Sagittarius A jest prawdopodobnie supermasywną czarna dziurą znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej.
