Pomimo ogromnych osiągnięć w dziedzinie fizyki i astronomii istnieje wiele zjawisk, których istota nie została do końca ujawniona. Zjawiska te obejmują tajemnicze czarne dziury, o których wszystkie informacje są tylko teoretyczne i nie można ich zweryfikować w praktyce.
Czy czarne dziury istnieją?
Jeszcze przed pojawieniem się teorii względności astronomowie wyrazili teorię istnienia czarnych lejków. Po opublikowaniu teorii Einsteina zrewidowano kwestię grawitacji i pojawiły się nowe założenia w problemie czarnych dziur. Widok tego kosmicznego obiektu jest nierealny, ponieważ pochłania on całe światło, które wpada w jego przestrzeń. Naukowcy dowodzą istnienia czarnych dziur, opierając się na analizie ruchu gazu międzygwiazdowego i trajektorii ruchu gwiazd.
Powstawanie czarnych dziur prowadzi do zmiany charakterystyk czasoprzestrzennych wokół nich. Czas wydaje się kurczyć pod wpływem ogromnej grawitacji i zwalnia. Gwiazdy złapane na drodze czarnego lejka mogą zboczyć z trasy, a nawet zmienić kierunek. Czarne dziury pochłaniają energię swojej bliźniaczej gwiazdy, która również się objawia.
Jak wygląda czarna dziura?
Wiele informacji o czarnych dziurach jest hipotetycznych. Naukowcy badają je pod kątem ich wpływu na przestrzeń i promieniowanie. We wszechświecie nie można zobaczyć czarnych dziur, ponieważ pochłaniają one całe światło wpadające do pobliskiej przestrzeni. Ze specjalnych satelitów wykonano zdjęcie rentgenowskie czarnych obiektów, na których widoczny jest jasny środek, będący źródłem promieniowania promieni.
Jak powstają czarne dziury?
Czarna dziura w kosmosie to osobny świat, który ma swoje unikalne cechy i właściwości. O właściwościach kosmicznych dziur decydują przyczyny ich pojawienia się. Jeśli chodzi o wygląd czarnych obiektów, istnieją takie teorie:
- Są wynikiem zawaleń zachodzących w przestrzeni. Może to być zderzenie dużych ciał kosmicznych lub wybuch supernowej.
- Powstają w wyniku dociążenia obiektów kosmicznych przy zachowaniu ich wielkości. Przyczyna tego zjawiska nie została ustalona.
Czarny lejek to obiekt w przestrzeni, który ma stosunkowo mały rozmiar przy ogromnej masie. Teoria czarnej dziury mówi, że każdy obiekt kosmiczny może potencjalnie stać się czarnym lejem, jeśli w wyniku pewnych zjawisk straci swój rozmiar, ale zachowa swoją masę. Naukowcy mówią nawet o istnieniu wielu czarnych mikrodziur – miniaturowych obiektów kosmicznych o stosunkowo dużej masie. Ta rozbieżność między masą a rozmiarem prowadzi do wzrostu pola grawitacyjnego i pojawienia się silnego przyciągania.
Co jest w czarnej dziurze?
Czarny tajemniczy przedmiot można nazwać tylko dziurą z dużym rozciągnięciem. Centrum tego zjawiska stanowi ciało kosmiczne o zwiększonej grawitacji. Wynikiem takiej grawitacji jest silne przyciąganie do powierzchni tego ciała kosmicznego. W tym przypadku powstaje przepływ wirowy, w którym obracają się gazy i ziarna kosmicznego pyłu. Dlatego czarna dziura jest bardziej poprawnie nazywana czarnym lejkiem.
Nie da się w praktyce dowiedzieć, co znajduje się wewnątrz czarnej dziury, ponieważ poziom grawitacji kosmicznego lejka nie pozwala żadnemu obiektowi na ucieczkę ze strefy jego wpływu. Według naukowców wewnątrz czarnej dziury panuje kompletna ciemność, ponieważ kwanty światła znikają w niej bezpowrotnie. Zakłada się, że przestrzeń i czas są zniekształcone wewnątrz czarnego lejka, prawa fizyki i geometrii nie obowiązują w tym miejscu. Takie cechy czarnych dziur mogą przypuszczalnie prowadzić do powstawania antymaterii, co jest obecnie nieznane naukowcom.
Dlaczego czarne dziury są niebezpieczne?
Czasami czarne dziury są opisywane jako obiekty pochłaniające otaczające obiekty, promieniowanie i cząstki. Ten pogląd jest błędny: właściwości czarnej dziury pozwalają jej pochłaniać tylko to, co mieści się w jej strefie wpływu. Może przyciągać kosmiczne mikrocząsteczki i promieniowanie pochodzące z bliźniaczych gwiazd. Nawet jeśli planeta znajdzie się w pobliżu czarnej dziury, nie zostanie wchłonięta, ale będzie nadal poruszać się po swojej orbicie.
Co się stanie, jeśli wpadniesz do czarnej dziury?
Właściwości czarnych dziur zależą od siły pola grawitacyjnego. Czarne lejki przyciągają do siebie wszystko, co wpada w ich strefę wpływów. Jednocześnie zmieniają się cechy czasoprzestrzenne. Naukowcy, którzy badają wszystko o czarnych dziurach, nie zgadzają się co do tego, co dzieje się z rzeczami w tym lejku:
- niektórzy naukowcy sugerują, że wszystkie przedmioty, które wpadają do tych dziur, są rozciągane lub rozrywane na kawałki i nie mają czasu, aby dotrzeć do powierzchni przyciągającego obiektu;
- inni naukowcy argumentują, że wszystkie zwykłe cechy są wygięte w otworach, więc przedmioty wydają się tam znikać w czasie i przestrzeni. Z tego powodu czarne dziury są czasami nazywane bramami do innych światów.
Rodzaje czarnych dziur
Czarne lejki dzielą się na typy, w zależności od sposobu ich powstawania:
- Czarne obiekty o masie gwiazdowej rodzą się pod koniec życia niektórych gwiazd. Całkowite spalenie gwiazdy i koniec reakcji termojądrowych prowadzi do kompresji gwiazdy. Jeśli w tym samym czasie gwiazda ulegnie zapadnięciu grawitacyjnemu, może przekształcić się w czarny lejek.
- Super masywne czarne lejki. Naukowcy twierdzą, że jądro każdej galaktyki to supermasywny lejek, którego powstanie jest początkiem powstania nowej galaktyki.
- Pierwotne czarne dziury. Mogą to być dziury o różnej masie, w tym mikrodziury powstałe w wyniku rozbieżności w gęstości materii i sile grawitacji. Takie dziury to lejki powstałe na początku narodzin Wszechświata. Obejmuje to również obiekty takie jak owłosiona czarna dziura. Otwory te różnią się obecnością promieni, które wyglądają jak włosy. Zakłada się, że te fotony i grawitony przechowują część informacji wpadających do czarnej dziury.
- kwantowe czarne dziury. Pojawiają się w wyniku reakcji jądrowych i żyją przez krótki czas. Największym zainteresowaniem cieszą się lejki kwantowe, ponieważ ich badanie może pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące problemu czarnych obiektów kosmicznych.
- Niektórzy naukowcy wyróżniają tego rodzaju obiekty kosmiczne, włochatą czarną dziurę. Otwory te różnią się obecnością promieni, które wyglądają jak włosy. Zakłada się, że te fotony i grawitony przechowują część informacji wpadających do czarnej dziury.
Najbliższa Ziemi czarna dziura
Najbliższa czarna dziura znajduje się 3000 lat świetlnych od Ziemi. Nazywa się V616 Monocerotis lub V616 Mon. Jego waga sięga 9-13 mas Słońca. Podwójnym partnerem tej dziury jest gwiazda o masie połowy Słońca. Innym lejkiem stosunkowo blisko Ziemi jest Cygnus X-1. Znajduje się 6 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i waży 15 razy więcej niż Słońce. Ta czarna dziura ma również swojego partnera binarnego, którego ruch pomaga prześledzić wpływ Łabędzia X-1.
Czarne dziury – ciekawostki
Naukowcy opowiadają o czarnych przedmiotach takie interesujące fakty:
- Jeśli weźmiemy pod uwagę, że obiekty te są centrami galaktyk, to aby znaleźć największy lejek, należy znaleźć największą galaktykę. Dlatego największą czarną dziurą we wszechświecie jest lejek znajdujący się w galaktyce IC 1101 w centrum gromady Abell 2029.
- Czarne obiekty faktycznie wyglądają jak obiekty wielokolorowe. Powodem tego jest ich promieniowanie radiomagnetyczne.
- W środku czarnej dziury nie ma stałych praw fizycznych ani matematycznych. Wszystko zależy od masy dziury i jej pola grawitacyjnego.
- Czarne lejki stopniowo odparowują.
- Waga czarnych lejków może osiągnąć niewiarygodne rozmiary. Największa czarna dziura ma masę 30 milionów mas Słońca.
Czarne dziury to najbardziej atrakcyjne ciała niebieskie. Ale co, jeśli zamiast w przenośni zwracać twoją uwagę, jeden z nich zacznie przyciągać Ziemię do siebie? Brytyjski astrofizyk mówił o tym, co może się stać w tym przypadku.
Czarne dziury cieszą się niesłabnącą popularnością we współczesnej kulturze. Jest mało prawdopodobne, aby jakikolwiek inny rodzaj obiektów kosmicznych (oczywiście poza asteroidami i meteorytami) przyciągał tak wielu badaczy i tych, którzy po prostu interesują się kosmosem. Zainteresowanie czarnymi dziurami jest napędzane przez zderzacz hadronów i niedawne odkrycie fal grawitacyjnych.
Tylko w związku z najnowszym odkryciem można argumentować, że czarne dziury nadal istnieją. Więc równie dobrze możemy się z nimi spotkać. Astrofizyk Kevin Pimblet z University of Hull w Wielkiej Brytanii opowiedział, co by się stało, gdyby nasza planeta zaczęła wpadać do czarnej dziury. Według Pimbbleta istnieje kilka scenariuszy rozwoju wydarzeń.
Najciekawszy i najtrudniejszy do przedstawienia i zrozumienia był scenariusz pt. spagetyfikacja". Przyjrzyjmy się bliżej temu procesowi.
Część naszej planety, która znajduje się bliżej czarnej dziury, będzie przyciągana nieco szybciej. Tak więc materia zacznie stopniowo płynąć cienkim strumieniem w kierunku czarnej dziury, stając się coraz cieńsza i dłuższa. W rezultacie Ziemia przybierze postać nieskończenie długiej nici, która zniknie z pola widzenia na krawędzi horyzontu zdarzeń. To samo stanie się ze wszystkimi obiektami na planecie. I dopiero wtedy, po odpowiednio długim czasie, czarna dziura wessie całą materię, z której składa się Ziemia.
Nie wiadomo, jak będą działać ludzkie zmysły w tym czasie. Możliwe, że wpadając do czarnej dziury, ziemianie nie zauważą niczego niezwykłego. Przynajmniej jeśli jest to bardzo duża czarna dziura – tak działa fizyka horyzontu zdarzeń.
Inny scenariusz sugeruje mniej oryginalny i bardziej jednoznaczny przebieg wydarzeń. Jeśli czarna dziura znajduje się w centrum kwazara, po drodze planeta ulegnie spaleniu. I nie ma potrzeby mówić w tym przypadku o żadnych unikalnych procesach fizycznych.
Cóż, ostatni scenariusz zaproponowany przez Pimbbleta wydaje się całkiem fantastyczny. Według naukowca istnieje pewne prawdopodobieństwo, że w wyniku przyciągania Ziemi przez czarną dziurę planeta nie zniknie na zawsze. Nie, znana nam planeta zostanie zniszczona. Ale zamiast tego pojawi się pewien „hologram”, niedokładna kopia.
Niestety, wszystkie opcje są teraz niepotwierdzonymi hipotezami. Za mało wiemy o czarnych dziurach. Dzięki badaniom gigantycznego interferometru LIGO wiemy tylko, że istnieją. Jednak to, co znajduje się w czarnej dziurze poza horyzontem zdarzeń i czy ludzki mózg operujący w przestrzeni trójwymiarowej jest w stanie to sobie wyobrazić, pozostaje jedną z najciekawszych zagadek współczesnej nauki.
Czarne dziury to jedyne ciała kosmiczne zdolne przyciągać światło grawitacyjnie. Są też największymi obiektami we wszechświecie. Prawdopodobnie w najbliższym czasie nie dowiemy się, co dzieje się w pobliżu ich horyzontu zdarzeń (znanego jako „punkt bez powrotu”). To najbardziej tajemnicze miejsca naszego świata, o których, mimo dziesięcioleci badań, do tej pory wiadomo bardzo niewiele. Ten artykuł zawiera 10 faktów, które można nazwać najbardziej intrygującymi.
Czarne dziury nie zasysają materii.
Wiele osób myśli o czarnej dziurze jako o „kosmicznym odkurzaczu”, który przyciąga otaczającą ją przestrzeń. W rzeczywistości czarne dziury to zwykłe obiekty kosmiczne, które mają wyjątkowo silne pole grawitacyjne.
Gdyby w miejscu Słońca powstała czarna dziura o takich samych rozmiarach, Ziemia nie zostałaby wciągnięta do środka, tylko obracałaby się po tej samej orbicie, co dzisiaj. Gwiazdy znajdujące się w pobliżu czarnych dziur tracą część swojej masy w postaci wiatru gwiazdowego (dzieje się tak podczas istnienia każdej gwiazdy), a czarne dziury pochłaniają tylko tę materię.
Istnienie czarnych dziur przewidział Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild jako pierwszy zastosował ogólną teorię względności Einsteina, aby uzasadnić istnienie „punktu bez powrotu”. Sam Einstein nie myślał o czarnych dziurach, chociaż jego teoria pozwala przewidzieć ich istnienie.
Schwarzschild przedstawił swoją sugestię w 1915 roku, tuż po tym, jak Einstein opublikował swoją ogólną teorię względności. Wtedy pojawił się termin „promień Schwarzschilda”, wartość, która mówi ci, jak bardzo musisz skompresować obiekt, aby stał się czarną dziurą.
Teoretycznie wszystko może stać się czarną dziurą przy wystarczającej kompresji. Im gęstszy obiekt, tym silniejsze pole grawitacyjne, które tworzy. Na przykład Ziemia stałaby się czarną dziurą, gdyby obiekt wielkości orzeszka miał swoją masę.
Czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty
Pomysł, że czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty, wydaje się absurdalny (zwłaszcza, że wciąż nie jesteśmy pewni istnienia innych wszechświatów). Niemniej jednak takie teorie są aktywnie rozwijane przez naukowców.
Bardzo uproszczona wersja jednej z tych teorii jest następująca. Nasz świat ma wyjątkowo sprzyjające warunki do powstania w nim życia. Gdyby którakolwiek ze stałych fizycznych zmieniła się choćby nieznacznie, nie byłoby nas na tym świecie. Osobliwość czarnych dziur zastępuje zwykłe prawa fizyki i może (przynajmniej w teorii) dać początek nowemu wszechświatowi, który różniłby się od naszego.
Czarne dziury mogą zamienić cię (i wszystko) w spaghetti
Czarne dziury rozciągają obiekty znajdujące się blisko nich. Obiekty te zaczynają przypominać spaghetti (jest nawet specjalne określenie – „spaghettiyfikacja”).
Wynika to ze sposobu działania grawitacji. W tej chwili twoje stopy są bliżej środka ziemi niż głowa, więc są silniej ciągnięte. Na powierzchni czarnej dziury różnica grawitacji zaczyna działać przeciwko tobie. Nogi są coraz szybciej przyciągane do środka czarnej dziury, tak że górna połowa tułowia nie może za nimi nadążyć. Rezultat: spagetyfikacja!
Czarne dziury z czasem wyparowują
Czarne dziury nie tylko pochłaniają wiatr gwiazdowy, ale także odparowują. Zjawisko to zostało odkryte w 1974 roku i nazwane promieniowaniem Hawkinga (na cześć Stephena Hawkinga, który dokonał tego odkrycia).
Z biegiem czasu czarna dziura może oddać całą swoją masę w otaczającą przestrzeń wraz z tym promieniowaniem i zniknąć.
Czarne dziury spowalniają czas wokół nich
Gdy zbliżasz się do horyzontu zdarzeń, czas zwalnia. Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, należy odwołać się do „paradoksu bliźniąt”, eksperymentu myślowego często używanego do zilustrowania podstawowych założeń ogólnej teorii względności Einsteina.
Jeden z braci bliźniaków pozostaje na Ziemi, a drugi odlatuje w kosmiczną podróż, poruszając się z prędkością światła. Wracając na Ziemię, bliźniak stwierdza, że jego brat postarzał się bardziej niż on, ponieważ poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, czas płynie wolniej.
Zbliżając się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury, będziesz poruszał się z tak dużą prędkością, że czas zwolni dla ciebie.
Czarne dziury to najbardziej zaawansowane elektrownie
Czarne dziury generują energię lepiej niż Słońce i inne gwiazdy. Wynika to z materii, która się wokół nich kręci. Pokonując horyzont zdarzeń z dużą prędkością, materia na orbicie czarnej dziury jest podgrzewana do ekstremalnie wysokich temperatur. Nazywa się to promieniowaniem ciała doskonale czarnego.
Dla porównania, podczas syntezy jądrowej 0,7% materii zamienia się w energię. W pobliżu czarnej dziury 10% materii staje się energią!
Czarne dziury zakrzywiają przestrzeń wokół nich
Przestrzeń można sobie wyobrazić jako rozciągniętą gumkę z narysowanymi na niej liniami. Jeśli położysz przedmiot na talerzu, zmieni on swój kształt. Czarne dziury działają w ten sam sposób. Ich ekstremalna masa przyciąga do siebie wszystko, łącznie ze światłem (którego promienie, kontynuując analogię, można by nazwać liniami na talerzu).
Czarne dziury ograniczają liczbę gwiazd we wszechświecie
Gwiazdy powstają z obłoków gazu. Aby rozpocząć formowanie się gwiazd, chmura musi ostygnąć.
Promieniowanie z ciał czarnych zapobiega ochładzaniu się obłoków gazu i zapobiega powstawaniu gwiazd.
Teoretycznie każdy obiekt może stać się czarną dziurą.
Jedyną różnicą między naszym Słońcem a czarną dziurą jest siła grawitacji. Jest znacznie silniejszy w centrum czarnej dziury niż w centrum gwiazdy. Gdyby nasze Słońce zostało skompresowane do średnicy około pięciu kilometrów, mogłoby to być czarna dziura.
Teoretycznie wszystko może stać się czarną dziurą. W praktyce wiemy, że czarne dziury powstają dopiero w wyniku zapadania się ogromnych gwiazd, przekraczających masę Słońca 20-30 razy.
