Czarna dziura to najbardziej tajemnicze i niezwykłe zjawisko we Wszechświecie. W głębinach jego przestrzeni kryje się wiele tajemnic, których ludzkość nie jest jeszcze w stanie zrozumieć.
- Co to jest „czarna dziura”?
- Dlaczego „czarna dziura” otrzymała taką nazwę?
- Jaką konfigurację ma czarna dziura?
- Jaka jest struktura strukturalna czarnej dziury?
- Jakie rodzaje czarnych dziur istnieją?
- Ile czarnych dziur jest w Galaktyce?
- Jaka jest największa czarna dziura?
- W jakim celu bada się czarne dziury i ile ich odkryto?
- Co może się stać, gdy wpadniesz do czarnej dziury?
- Czy czarne dziury zderzają się ze sobą?
- Czy istnieje ryzyko zniszczenia Wszechświata, gdy budzą się czarne dziury?
Właściwości fizyczne tych obiektów kosmicznych są uważane za niezrozumiałe i dziwne. Z naukowego punktu widzenia zawsze budziły duże zainteresowanie wśród astronomów i fizyków na całym świecie.
Dzięki najnowszym technologiom możliwe jest dziś nie tylko opracowanie szerokiej gamy teorii naukowych sugerujących budowę czarnej dziury, ale także z sukcesem zastosować je w praktyce.
Astrofizykom udało się niedawno uzyskać pierwszy obraz tej wyjątkowej formacji czasoprzestrzennej.
Co to jest „czarna dziura”?
Pomimo tak tajemniczej nazwy czarne dziury pod względem cech i składu strukturalnego należą do najprostszych obiektów kosmicznych we Wszechświecie. Mają tylko dwa podstawowe parametry – masę właściwą i prędkość obrotową.
W naukach astrofizycznych istnieje hipoteza, że zjawisko to jest końcowym procesem ewolucyjnej transformacji gwiazdy. Na ostatnim etapie życia ciała niebieskiego następuje eksplozja, w wyniku której w jego centralnej części pojawia się czarna dziura. Uzyskaną w ten sposób nową formację kosmiczną astrofizycy nazwali „horyzontem zdarzeń”.
Warto wiedzieć, że obiekt ten nie posiada fizycznej powłoki. Służy jej tylko część przestrzeni, położona w pewnej odległości od strefy centralnej, na którą nie ma wpływu sił grawitacyjnych.
Kiedy jakiekolwiek kosmiczne obiekty lub światło dostaną się na horyzont zdarzeń, nigdy nie będą mogły uciec z czarnej dziury ze względu na wpływ na nie silnego pola grawitacyjnego.
Dlaczego „czarna dziura” otrzymała taką nazwę?
To zjawisko czasoprzestrzenne zostało tak nazwane, ponieważ jest w stanie całkowicie absorbować fale świetlne. Dlatego nie można tego zobaczyć na poziomie wizualnym.
Czarną dziurę można zobaczyć tylko pod jednym warunkiem, gdy w pobliżu horyzontu zdarzeń znajduje się powłoka specjalnej substancji, na przykład gazu.
Obiekt ten jest nadal wyraźnie widoczny, ponieważ pochłania materię i energię z pobliskiej gwiazdy.
Nie ma innych metod wykrywania czarnej dziury, ponieważ nie można jej zobaczyć za pomocą żadnego instrumentu.
Jednak pomimo zdolności czarnych dziur do całkowitego pochłaniania energii świetlnej bez odbijania jej w jakikolwiek sposób, naukowcy sugerują, że te obiekty kosmiczne nadal mają właściwość emitowania światła.
W okresie swojego istnienia są w stanie wysłać w przestrzeń kosmiczną pewne cząstki najprostszego typu. Większość z nich to fotoniczne fale elektromagnetyczne.
W aspekcie fizycznym zjawisko to można uznać za stopniowe parowanie. Jednak jego istnienie uważa się jedynie za teoretyczną, niepotwierdzoną hipotezę, która w kręgach naukowych nazywana jest „promieniowaniem Hawkinga”.
Czarne dziury można zauważyć dopiero wtedy, gdy zetkną się ze sobą, gdyż procesowi temu towarzyszy emisja widzialnych fal świetlnych grawitacji.
Powstawanie tych kosmicznych zjawisk zależy przede wszystkim od ich określonej masy. Na tej podstawie czarne dziury dzieli się na kilka grup: masywne – ich masa jest miliony razy większa od masy Układu Słonecznego i okołosłoneczne – o masie nieco większej od masy Słońca.
Wymiary przestrzeni czarnej dziury są wprost proporcjonalne do wartości jej masy właściwej. Im wyższy wskaźnik wagi tego obiektu, tym większy parametr szerokości horyzontu zdarzeń.
Na podstawie badań eksperymentalnych astrofizycy udowodnili teoretyczną hipotezę, że czarne dziury kategorii okołosłonecznej są dość stare i prawdopodobnie powstały na etapach powstawania Wszechświata.
Powstały najprawdopodobniej w wyniku procesu kompresji gwiazd o parametrach większych od rozmiarów Układu Słonecznego około 50 razy. Gdy tylko zakończył się etap redukcji gwiazd, eksplodował, tworząc czarną dziurę w strefie centralnej.
Czarne dziury należące do masywnej odmiany powstają zwykle w wyniku ogromnych obłoków gazu. Mają masę wystarczającą do uformowania gigantycznych czarnych dziur i dużą masę, miliony razy przekraczającą masę Układu Słonecznego.
Kluczowym materiałem do powstania tej czarnej dziury była chmura gazu skompresowana do minimalnego rozmiaru. Istnieje również hipoteza, zgodnie z którą to zjawisko niebieskie w Drodze Mlecznej powstało w wyniku eksplozji gwiazdy o ogromnych rozmiarach.
Strzelec Czarna dziura i Droga Mleczna nieustannie przyciągają różne obiekty lub materię z Kosmosu, gdy przechodzą przez granice horyzontu zdarzeń. Z tego powodu wymiary czarnej dziury stopniowo stają się większe.
Jaką konfigurację ma czarna dziura?
Każda czarna dziura istniejąca w przestrzeni kosmicznej może obracać się wokół własnej osi. Jednocześnie kształt i wygląd tych obiektów w dużej mierze zależy od ograniczenia prędkości.
Jeśli czarna dziura obraca się powoli, będzie miała konfigurację kulistą. Jeśli obraca się z największą możliwą prędkością, to w tym przypadku jego biegun spłaszcza się i przyjmuje owalny kształt. Obecnie nie ma technologii pozwalającej określić dokładną konfigurację tych obiektów kosmicznych.
Astrofizycy na całym świecie podejmują wiele prób zidentyfikowania tego, co znajduje się w przestrzeni czarnych dziur. Jednak do tej pory nikomu nie udało się tego dowiedzieć.
Powszechnie wiadomo, że prawa fizyki nie mogą działać w centralnej części czarnej dziury. Udowodniono także fakt krzywizny przestrzeni kosmicznej zmierzającej do nieskończoności.
Obecnie najlepiej uzasadnioną hipotezą jest lokalizacja osobliwości w środku czarnej dziury.
Jaka jest struktura strukturalna czarnej dziury?
Horyzont zdarzeń to specjalna granica, po przekroczeniu której dowolny obiekt znajdzie się w polu grawitacyjnym.
Osobliwość to specjalne wewnętrzne wypełnienie czarnej dziury. Naukowcom wciąż nie udało się ustalić, z czego się składa. Jedyne, co stwierdzono, to obecność w nim zniekształcenia przestrzeni i czasu, a także brak działania praw fizycznych.
Kiedy czarna dziura się obraca, w strefie w pobliżu horyzontu zdarzeń tworzy się ergosfera. Obiekty kosmiczne wewnątrz poruszają się w tym samym kierunku co on.
W tym przypadku obserwuje się niewielką siłę przyciągania. Jest to jednak niewystarczające, aby można było wciągnąć te sprawy w obszar osobliwości. Z tego powodu otaczające obiekty swobodnie opuszczają przestrzeń ergosfery.
Im większa masa czarnej dziury, tym mniejsza jest jej gęstość. Czynnik ten tłumaczy się faktem, że wraz ze wzrostem ciężaru tego obiektu objętość jego przestrzeni odpowiednio wzrasta.
Jakie rodzaje czarnych dziur istnieją?
Podczas eksploracji kosmosu astronauci byli w stanie zidentyfikować kilka typów czarnych dziur. Każdy z nich ma swoje charakterystyczne cechy i właściwości.
Czarne dziury o masach gwiazdowych
Ten typ czarnej dziury powstaje w wyniku spalania energii paliwowej w gwiazdach. Jeśli procesy termojądrowe zatrzymają się wewnątrz tych ciał niebieskich, ochładzają się i kurczą pod wpływem silnej grawitacji.
Kiedy proces ten zostanie zatrzymany na jakimkolwiek etapie, czarne dziury przekształcają się w gwiazdy neutronowe. Dzięki ciągłym takim działaniom gwiazdy przekształcają się w czarne dziury pod wpływem sił grawitacyjnych.
Supermasywne czarne dziury
Te czarne dziury wyróżniają się ogromną masą i dużymi wymiarami. Co więcej, wcześniej zakładano, że ich parametry są znacznie mniejsze.
Przykładowo według pierwszej wersji masa czarnej dziury M87, znajdującej się w centralnej części Galaktyki, wynosiła 3 miliardy mas Układu Słonecznego. Jednak po bliższym zbadaniu okazało się, że liczba ta jest znacznie wyższa.
Aby móc obracać ciała gwiazdowe w bezkresie przestrzeni kosmicznej, czarna dziura musi mieć masę właściwą wynoszącą 6,5 miliarda mas Układu Słonecznego.
Naukowcom udało się dowiedzieć, że ogromne czarne dziury znajdują się głównie w centralnej strefie Galaktyki i służą jako jej rdzeń.
Pierwotne czarne dziury
Obecność tych kosmicznych obiektów w przestrzeni Wszechświata jest dziś faktem nieudowodnionym. Istnieje wersja, że takie odmiany czarnych dziur powstały na etapie narodzin Galaktyki w supergęstej materii pól grawitacyjnych, przy ich silnych wibracjach i na skutek naruszenia jednorodności.
Jeśli założymy, że pierwotne czarne dziury istnieją, to najprawdopodobniej mają one niewielką masę, mniejszą niż masa Słońca.
Kwantowe czarne dziury
Te obiekty kosmiczne mogły powstać jedynie w wyniku reakcji jądrowych, którym towarzyszyło uwolnienie ogromnej ilości energii, w przybliżeniu większej niż 10^26 eV. Ale dzisiaj ludzkość nie była jeszcze w stanie pokonać tej liczby. Z tego powodu kwantowe czarne dziury istnieją jedynie w teoretycznej wersji naukowców.
Istnieje hipoteza, że zjawiska te mogą powstać podczas zderzeń pierwiastków protonowych, w wyniku czego uwolniona zostanie duża ilość energii i powstanie maksimon, składający się z cząstek najprostszego typu.
Jeżeli w trakcie tego procesu zaobserwujemy wysoki poziom uwolnienia pEe, w jego wyniku powstanie obiekt zwany „czarną dziurą” o promieniu około 10^-35 m i masie 10^-5 g. Maximon należy do kategoria cząstek elementarnych o największej masie maksymalnej.
Ile czarnych dziur jest w Galaktyce?
Proces wykrywania czarnych dziur jest bardzo złożony. Polega na długotrwałej obserwacji Galaktyki i Kosmosu w celu zebrania jak największej ilości informacji i danych.
Ponadto znaczna liczba czarnych dziur pozostaje niewykryta, dopóki nie zaczną pochłaniać materii znajdującej się w otaczającej przestrzeni.
Na obszarze Drogi Mlecznej udało się zarejestrować obecność około 10 takich obiektów. Są stale monitorowani. Ale w ogromie tej przestrzeni galaktycznej może znajdować się ogromna liczba czarnych dziur o zupełnie różnych rozmiarach – od małych do bardzo dużych.
Wewnątrz Drogi Mlecznej znajduje się około 400 milionów gwiazd, które mają dużą masę, aby przekształcić się w czarne dziury.
W 2005 roku astronauci odkryli heterogeniczne ciało powoli poruszające się po centralnej części Galaktyki. Dane uzyskane z takich badań wskazują na obecność co najmniej 20 000 czarnych dziur w tej strefie Drogi Mlecznej.
Niedawno naukowcy z Japonii odkryli dziwny obiekt kosmiczny położony w pobliżu czarnej dziury „Strzelec A” o ciężarze właściwym 100 000 mas Słońca i średnicy 0,3 roku świetlnego. To ciało niebieskie może również okazać się czarną dziurą.
Jaka jest największa czarna dziura?
To ciało niebieskie znajduje się w odległości 12 miliardów lat świetlnych od Słońca. Jego masa wynosi 40 miliardów mas Słońca, a średnica wynosi około 0,025 lat świetlnych. Wiek tej czarnej dziury wynosi około 12 miliardów lat, co oznacza jej powstanie 1,5 miliarda lat po powstaniu Galaktyki.
Po szczegółowym zbadaniu tego obiektu naukowcy doszli do wniosku, że jego potencjalne zasoby są wystarczające, aż do całkowitego zniknięcia ery czarnych dziur. Co więcej, może to być ostatnie tego typu zjawisko w przestrzeni kosmicznej.
W tym przypadku zakłada się jeden z etapów rozwoju Galaktyki, podczas którego może nastąpić scenariusz wyginięcia niemal wszystkich gwiazd Wszechświata i przekształcenia wielu z nich w czarne dziury.
W jakim celu bada się czarne dziury i ile ich odkryto?
Astronomowie na całym świecie badają czarne dziury, aby określić wiele ważnych cech Wszechświata. Takie ciała niebieskie często służą jako jądra galaktyczne. Ponadto obiekty te służą do ich obracania.
Kiedy czarne dziury zderzają się ze sobą, generowane są pewne fale grawitacyjne.
Przestrzeń wewnętrzna tych obiektów jest również bardzo interesująca dla naukowców, ponieważ nie są one całkowicie zgodne z ogólnie przyjętymi prawami fizycznymi. Badanie czarnych dziur pomaga określić podstawowe cechy struktury przestrzeni kosmicznej.
Obecnie naukowcom udało się odkryć i szczegółowo zbadać aż 20 ciał niebieskich o podobnych właściwościach.
Uzyskane dane nie są jednak w pełni wystarczające, aby zapewnić argumenty dowodowe umożliwiające zaklasyfikowanie ich jako czarnych dziur.
Co może się stać, gdy wpadniesz do czarnej dziury?
Kiedy człowiek rzekomo znajdzie się w czarnej dziurze, on, jak każdy obiekt, będzie podlegał wpływowi potężnego pola grawitacyjnego.
W takiej przestrzeni obiekty zaczynają się spłaszczać i rozciągać, aż zostaną podzielone na atomy i połączone w osobliwość.
W wielu książkach i filmach science fiction czarne dziury pełnią rolę specjalnych portali czasu. Ale w rzeczywistości za ich pośrednictwem nie można dostać się do innego wymiaru lub strefy przestrzennej.
Czy czarne dziury zderzają się ze sobą?
Jeśli dwie gwiazdy znajdujące się w niewielkiej odległości od siebie zamienią się w czarne dziury, wówczas w tym przypadku mogą faktycznie zderzyć się podczas zbliżania.
Zjawisko to może również wystąpić w wyniku łączenia się galaktyk. Podczas tego procesu obie czarne dziury, składające się z dużej liczby gwiazd, mają duże prawdopodobieństwo, że znajdą się blisko siebie, a następnie zderzą.
Jednak czynnik ten obserwuje się nie tak często – mniej więcej raz na dwa miliardy lat.
Kiedy czarne dziury się zderzają, następuje stopniowy etap ich łączenia, trwający około dwudziestu lat, podczas którego czarne dziury zamieniają się w jedną. Występują w nich także mieszania i osobliwości.
W zasadzie w wyniku zderzenia tych ciał niebieskich w przestrzeni powstaje jedna czarna dziura o ogromnych rozmiarach.
Czy istnieje ryzyko zniszczenia Wszechświata, gdy budzą się czarne dziury?
Główną cechą czarnych dziur jest brak jakichkolwiek przejawów. Powszechnie wiadomo, że takie obiekty można dostrzec jedynie po oznakach absorpcji przez nie substancji kosmicznych, które znikając w ich głębinach zaczynają emitować potężne fale świetlne. Dzięki temu światłu możliwe jest wykrycie czarnych dziur na etapie absorpcji przez nie różnych materii niebieskiej.
„Śpiące” czarne dziury są wykrywane jedynie poprzez znalezienie w ich pobliżu gwiazd towarzyszących. Ta klasyczna metoda wykrywania takich niewidzialnych obiektów jest stosowana od dziesięcioleci.
Niedawno astronomowie korzystający z teleskopu kosmicznego Gaia zauważyli dwie czarne dziury w pobliżu Układu Słonecznego. Jedna z nich znajdowała się w odległości 3800 lat świetlnych od Słońca, a druga w odległości 1560 lat świetlnych.
Teleskop był w stanie zarejestrować ich pewne kołysanie, które nastąpiło pod wpływem pobliskich niepozornych czarnych dziur.
Obie odkryte czarne dziury są dość duże, około 10 razy większe od Układu Słonecznego. Są bardzo blisko Ziemi. To strasznie ogromne obiekty kosmiczne. Wiele osób zastanawia się: czy stanowią zagrożenie dla Wszechświata?
Eksperci odpowiadają na to pytanie twierdząco. Główną charakterystyczną cechą czarnej dziury jest zdolność do wciągania w siebie wszystkich obiektów, które nie są w stanie oprzeć się jej siłom przyciągania grawitacyjnego. Każda materia wpadająca do czarnej dziury znika w jej przestrzeni na zawsze.
Możemy zatem stwierdzić, że czarne dziury są oczywiście niebezpieczne dla Wszechświata, niezależnie od ich wielkości – gigantycznej czy małej.
