« Sci-fi môže byť užitočné – podnecuje predstavivosť a zbavuje strachu z budúcnosti. Oveľa prekvapivejšie však môžu byť vedecké fakty. Sci-fi si nikdy ani nepredstavovali existenciu takých vecí, ako sú čierne diery»
Stephen Hawking

V hlbinách vesmíru je pre ľudí ukrytých nespočetné množstvo záhad a tajomstiev. Jednou z nich sú čierne diery – objekty, ktorým ani ten najväčší rozum ľudstva nedokáže porozumieť. Stovky astrofyzikov sa snažia odhaliť podstatu čiernych dier, no v tejto fáze sme ich existenciu ani v praxi nepreukázali.

Filmoví režiséri im venujú svoje filmy a medzi obyčajnými ľuďmi sa čierne diery stali takým kultovým fenoménom, že sa stotožňujú s koncom sveta a neodvratnou smrťou. Sú obávaní a nenávidení, no zároveň sú zbožňovaní a uctievaní neznámym, ktoré tieto podivné fragmenty vesmíru v sebe ukrývajú. Súhlasíte, byť pohltený čiernou dierou je taká romantická vec. S ich pomocou je to možné a môžu sa nám stať aj sprievodcami v.

Žltá tlač často špekuluje o popularite čiernych dier. Nájsť v novinách titulky súvisiace s koncom sveta kvôli ďalšej zrážke so supermasívnou čiernou dierou nie je problém. Oveľa horšie je, že negramotná časť populácie berie všetko vážne a vyvoláva poriadnu paniku. Aby sme vniesli trochu jasnosti, vydáme sa na cestu k počiatkom objavu čiernych dier a pokúsime sa pochopiť, čo to je a ako s tým zaobchádzať.

Neviditeľné hviezdy

Náhodou sa stáva, že moderní fyzici opisujú štruktúru nášho vesmíru pomocou teórie relativity, ktorú Einstein opatrne poskytol ľudstvu na začiatku 20. storočia. Čierne diery sa stávajú ešte tajomnejšími, na horizonte udalostí, v ktorých prestávajú platiť všetky nám známe fyzikálne zákony, vrátane Einsteinovej teórie. Nie je to úžasné? Navyše, dohady o existencii čiernych dier boli vyslovené dávno predtým, ako sa narodil samotný Einstein.

V roku 1783 došlo v Anglicku k výraznému nárastu vedeckej činnosti. V tých časoch išla veda bok po boku s náboženstvom, dobre spolu vychádzali a vedci už neboli považovaní za kacírov. Okrem toho sa kňazi venovali vedeckému výskumu. Jedným z týchto Božích služobníkov bol anglický pastor John Michell, ktorý sa zaoberal nielen otázkami existencie, ale aj úplne vedeckými problémami. Michell bol uznávaným vedcom: spočiatku bol učiteľom matematiky a starovekej lingvistiky na jednej z vysokých škôl a potom bol prijatý do Kráľovskej spoločnosti v Londýne za množstvo objavov.

John Michell študoval seizmológiu, no vo voľnom čase rád premýšľal o večnom a vesmíre. Prišiel teda s myšlienkou, že niekde v hlbinách Vesmíru môžu existovať superhmotné telesá s takou silnou gravitáciou, že na prekonanie gravitačnej sily takéhoto telesa je potrebné pohybovať sa rýchlosťou rovnou alebo vyššou ako rýchlosť svetla. Ak takúto teóriu prijmeme za pravdivú, potom ani svetlo nebude schopné vyvinúť druhú únikovú rýchlosť (rýchlosť nevyhnutnú na prekonanie gravitačnej príťažlivosti odchádzajúceho telesa), takže takéto teleso zostane voľným okom neviditeľné.

Michell nazval svoju novú teóriu „temné hviezdy“ a zároveň sa pokúsil vypočítať hmotnosť takýchto objektov. Svoje myšlienky o tejto záležitosti vyjadril v otvorenom liste Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Žiaľ, v tých časoch takýto výskum nemal pre vedu mimoriadnu hodnotu, takže Michellov list bol zaslaný do archívov. Až o dvesto rokov neskôr, v druhej polovici 20. storočia, bola objavená medzi tisíckami ďalších záznamov starostlivo uložených v starobylej knižnici.

Prvý vedecký dôkaz o existencii čiernych dier

Po zverejnení Einsteinovej Všeobecnej teórie relativity matematici a fyzici vážne začali riešiť rovnice prezentované nemeckým vedcom, ktoré nám mali povedať veľa nového o štruktúre vesmíru. Nemecký astronóm a fyzik Karl Schwarzschild sa v roku 1916 rozhodol urobiť to isté.

Vedec pomocou svojich výpočtov dospel k záveru, že existencia čiernych dier je možná. Bol tiež prvým, kto opísal to, čo sa neskôr nazývalo romantickou frázou „horizont udalostí“ – pomyselná hranica časopriestoru pri čiernej diere, po prekročení ktorej je bod, odkiaľ niet návratu. Z horizontu udalostí neunikne nič, ani svetlo. Až za horizontom udalostí nastáva takzvaná „singularita“, kde nám známe fyzikálne zákony prestávajú platiť.

Schwarzschild, ktorý pokračoval vo vývoji svojej teórie a riešení rovníc, objavil pre seba a svet nové tajomstvá čiernych dier. Dokázal teda iba na papieri vypočítať vzdialenosť od stredu čiernej diery, kde je sústredená jej hmotnosť, k horizontu udalostí. Schwarzschild túto vzdialenosť nazval gravitačný polomer.

Napriek tomu, že matematicky boli Schwarzschildove riešenia mimoriadne správne a nedali sa vyvrátiť, vedecká komunita začiatku 20. storočia nedokázala okamžite prijať takýto šokujúci objav a existencia čiernych dier bola odpísaná ako fantázia, ktorá sa objavovala každý tu a tam v teórii relativity. Nasledujúce desaťročie a pol bol prieskum vesmíru na prítomnosť čiernych dier pomalý a zaoberalo sa ním len niekoľko prívržencov teórie nemeckého fyzika.

Hviezdy rodiace temnotu

Keď boli Einsteinove rovnice roztriedené na kúsky, nastal čas použiť vyvodené závery na pochopenie štruktúry vesmíru. Najmä v teórii hviezdneho vývoja. Nie je žiadnym tajomstvom, že v našom svete nič netrvá večne. Aj hviezdy majú svoj životný cyklus, aj keď dlhší ako človek.

Jedným z prvých vedcov, ktorí sa začali vážne zaujímať o hviezdny vývoj, bol mladý astrofyzik Subramanyan Chandrasekhar, rodák z Indie. V roku 1930 publikoval vedeckú prácu, ktorá opísala predpokladanú vnútornú štruktúru hviezd, ako aj ich životné cykly.

Už na začiatku 20. storočia vedci hádali o takom jave, akým je gravitačná kompresia (gravitačný kolaps). V určitom bode svojho života sa hviezda pod vplyvom gravitačných síl začne sťahovať obrovskou rýchlosťou. Spravidla sa to deje v okamihu smrti hviezdy, ale počas gravitačného kolapsu existuje niekoľko spôsobov, ako pokračovať v existencii horúcej gule.

Chandrasekharov vedecký poradca Ralph Fowler, svojho času uznávaný teoretický fyzik, predpokladal, že počas gravitačného kolapsu sa každá hviezda zmení na menšiu a teplejšiu – bieleho trpaslíka. Ukázalo sa však, že študent „prelomil“ teóriu učiteľa, ktorú na začiatku minulého storočia zdieľala väčšina fyzikov. Podľa práce mladého Inda zánik hviezdy závisí od jej počiatočnej hmotnosti. Napríklad bielymi trpaslíkmi sa môžu stať len tie hviezdy, ktorých hmotnosť nepresahuje 1,44-násobok hmotnosti Slnka. Toto číslo sa nazývalo Chandrasekharov limit. Ak hmotnosť hviezdy prekročila túto hranicu, potom zahynie úplne iným spôsobom. Za určitých podmienok sa takáto hviezda v okamihu smrti môže znovuzrodiť na novú, neutrónovú hviezdu - ďalšie tajomstvo moderného vesmíru. Teória relativity nám hovorí ešte jednu možnosť – stlačenie hviezdy na ultra malé hodnoty a tu začína zábava.

V roku 1932 sa v jednom z vedeckých časopisov objavil článok, v ktorom brilantný fyzik zo ZSSR Lev Landau navrhol, že počas kolapsu sa supermasívna hviezda stlačí do bodu s nekonečne malým polomerom a nekonečnou hmotnosťou. Napriek tomu, že takéto podujatie je z pohľadu nepripraveného človeka len veľmi ťažko predstaviteľné, Landau nebol ďaleko od pravdy. Fyzik tiež naznačil, že podľa teórie relativity bude gravitácia v takom bode taká veľká, že začne deformovať časopriestor.

Astrofyzikom sa Landauova teória páčila a naďalej ju rozvíjali. V roku 1939 sa v Amerike vďaka úsiliu dvoch fyzikov - Roberta Oppenheimera a Hartlanda Snydera - objavila teória, ktorá podrobne opísala supermasívnu hviezdu v čase kolapsu. V dôsledku takejto udalosti sa mala objaviť skutočná čierna diera. Napriek presvedčivosti argumentov vedci naďalej popierali možnosť existencie takýchto telies, ako aj premenu hviezd na ne. Dokonca aj Einstein sa od tejto myšlienky dištancoval a veril, že hviezda nie je schopná takýchto fenomenálnych premien. Iní fyzici svojimi vyjadreniami nešetrili a možnosť takýchto udalostí označili za smiešnu.
Veda však vždy dospeje k pravde, stačí si trochu počkať. A tak sa aj stalo.

Najjasnejšie objekty vo vesmíre

Náš svet je zbierkou paradoxov. Občas v nej koexistujú veci, ktorých spolužitie sa vymyká akejkoľvek logike. Napríklad výraz „čierna diera“ by si normálny človek nespojil s výrazom „neuveriteľne jasný“, ale objav na začiatku 60. rokov minulého storočia umožnil vedcom považovať toto tvrdenie za nesprávne.

Astrofyzikom sa pomocou ďalekohľadov podarilo objaviť na hviezdnej oblohe doposiaľ neznáme objekty, ktoré sa napriek tomu, že vyzerali ako obyčajné hviezdy, správali veľmi zvláštne. Americký vedec Martin Schmidt pri štúdiu týchto podivných svietidiel upozornil na ich spektrografiu, ktorej údaje ukázali odlišné výsledky zo skenovania iných hviezd. Jednoducho povedané, tieto hviezdy neboli ako ostatné, na ktoré sme zvyknutí.

Zrazu sa Schmidtovi rozsvietilo a všimol si posun v spektre v červenej oblasti. Ukázalo sa, že tieto objekty sú od nás oveľa ďalej ako hviezdy, ktoré sme zvyknutí pozorovať na oblohe. Napríklad objekt, ktorý pozoroval Schmidt, sa nachádzal dve a pol miliardy svetelných rokov od našej planéty, no žiaril tak jasne ako hviezda vzdialená asi sto svetelných rokov. Ukazuje sa, že svetlo z jedného takéhoto objektu je porovnateľné s jasnosťou celej galaxie. Tento objav bol skutočným prielomom v astrofyzike. Vedec nazval tieto objekty „kvázi-hviezdne“ alebo jednoducho „kvasar“.

Martin Schmidt pokračoval v štúdiu nových objektov a zistil, že takú jasnú žiaru môže spôsobiť len jeden dôvod – narastanie. Akrécia je proces absorpcie okolitej hmoty superhmotným telesom pomocou gravitácie. Vedec dospel k záveru, že v strede kvazarov sa nachádza obrovská čierna diera, ktorá neuveriteľnou silou vťahuje do vesmíru hmotu, ktorá ju obklopuje. Keď diera pohltí hmotu, častice sa zrýchlia na obrovské rýchlosti a začnú žiariť. Akási svetelná kupola okolo čiernej diery sa nazýva akrečný disk. Jeho vizualizácia bola dobre demonštrovaná vo filme Christophera Nolana Interstellar, ktorý vyvolal mnoho otázok: „Ako môže čierna diera žiariť?

Vedci dodnes našli na hviezdnej oblohe tisíce kvazarov. Tieto zvláštne, neuveriteľne jasné objekty sa nazývajú majáky vesmíru. Umožňujú nám trochu lepšie si predstaviť štruktúru kozmu a priblížiť sa k momentu, od ktorého to všetko začalo.

Hoci astrofyzici už mnoho rokov dostávali nepriame dôkazy o existencii supermasívnych neviditeľných objektov vo vesmíre, pojem „čierna diera“ neexistoval až do roku 1967. Aby sa zabránilo zložitým menám, americký fyzik John Archibald Wheeler navrhol nazvať takéto objekty „čierne diery“. Prečo nie? Do istej miery sú čierne, pretože ich nevidíme. Okrem toho priťahujú všetko, môžete do nich spadnúť, ako do skutočnej diery. A podľa moderných fyzikálnych zákonov je jednoducho nemožné dostať sa z takého miesta. Stephen Hawking však tvrdí, že pri cestovaní čiernou dierou sa môžete dostať do iného Vesmíru, iného sveta a to je nádej.

Strach z nekonečna

Vďaka prílišnej záhadnosti a romantizácii čiernych dier sa tieto predmety stali medzi ľuďmi skutočným hororovým príbehom. Bulvárna tlač rada špekuluje o negramotnosti obyvateľstva, publikuje úžasné príbehy o tom, ako sa k našej Zemi pohybuje obrovská čierna diera, ktorá v priebehu niekoľkých hodín pohltí Slnečnú sústavu, alebo jednoducho vyžaruje vlny toxického plynu smerom k našej planéte. .

Obľúbená je najmä téma ničenia planéty pomocou Veľkého hadrónového urýchľovača, ktorý v roku 2006 postavili v Európe na území Európskej rady pre jadrový výskum (CERN). Vlna paniky začala ako niečí hlúpy vtip, no rástla ako snehová guľa. Niekto začal povrávať, že v urýchľovači častíc v urýchľovači by sa mohla vytvoriť čierna diera, ktorá by celú našu planétu pohltila. Samozrejme, rozhorčení ľudia začali požadovať zákaz experimentov na LHC v obave z tohto výsledku udalostí. Európsky súd začal dostávať žaloby požadujúce, aby bol zrážač uzavretý a vedci, ktorí ho vytvorili, potrestaní v plnom rozsahu zákona.

Fyzici v skutočnosti nepopierajú, že keď sa častice zrazia vo Veľkom hadrónovom urýchľovači, môžu vzniknúť objekty, ktoré sa svojimi vlastnosťami podobajú čiernym dieram, no ich veľkosť je na úrovni veľkosti elementárnych častíc a takéto „diery“ existujú. krátky čas, že ich výskyt ani nedokážeme zaznamenať.

Jedným z hlavných odborníkov, ktorí sa snažia pred ľuďmi rozohnať vlnu nevedomosti, je Stephen Hawking, slávny teoretický fyzik, ktorý je navyše považovaný za skutočného „guru“ v oblasti čiernych dier. Hawking dokázal, že čierne diery nie vždy absorbujú svetlo, ktoré sa objavuje v akrečných diskoch, a časť z neho je rozptýlená do vesmíru. Tento jav sa nazýval Hawkingovo žiarenie alebo vyparovanie čiernej diery. Hawking tiež stanovil vzťah medzi veľkosťou čiernej diery a rýchlosťou jej „vyparovania“ - čím je menšia, tým menej času existuje. To znamená, že všetci odporcovia Veľkého hadrónového urýchľovača by sa nemali obávať: čierne diery v ňom nebudú schopné prežiť ani milióntinu sekundy.

Teória neoverená v praxi

Bohužiaľ, ľudská technológia v tomto štádiu vývoja nám neumožňuje testovať väčšinu teórií, ktoré vyvinuli astrofyzici a ďalší vedci. Na jednej strane bola existencia čiernych dier celkom presvedčivo dokázaná na papieri a odvodená pomocou vzorcov, v ktorých všetko sedí s každou premennou. Na druhej strane, v praxi sme zatiaľ nemohli vidieť skutočnú čiernu dieru na vlastné oči.

Napriek všetkým nezhodám fyzici naznačujú, že v strede každej galaxie sa nachádza supermasívna čierna diera, ktorá svojou gravitáciou zhromažďuje hviezdy do zhlukov a núti ich cestovať po vesmíre vo veľkej a priateľskej spoločnosti. V našej galaxii Mliečna dráha je podľa rôznych odhadov 200 až 400 miliárd hviezd. Všetky tieto hviezdy obiehajú okolo niečoho, čo má obrovskú hmotnosť, niečo, čo nevidíme ďalekohľadom. S najväčšou pravdepodobnosťou ide o čiernu dieru. Máme sa jej báť? – Nie, aspoň nie v najbližších miliardách rokov, ale môžeme o tom nakrútiť ďalší zaujímavý film.

Čierne diery sú možno najzáhadnejšie a najzáhadnejšie astronomické objekty v našom vesmíre; od svojho objavu priťahujú pozornosť vedcov a vzrušujú predstavivosť autorov sci-fi. Čo sú čierne diery a čo predstavujú? Čierne diery sú vyhasnuté hviezdy, ktoré majú vďaka svojim fyzikálnym vlastnostiam takú vysokú hustotu a takú silnú gravitáciu, že za ne nemôže uniknúť ani svetlo.

História objavovania čiernych dier

Prvýkrát teoretickú existenciu čiernych dier, dávno pred ich skutočným objavom, naznačil istý D. Michel (anglický kňaz z Yorkshire, ktorý sa vo voľnom čase zaujíma o astronómiu) už v roku 1783. Podľa jeho výpočtov, ak zoberieme tú našu a stlačíme ju (v modernej počítačovej reči archivujeme) na polomer 3 km, vytvorí sa taká veľká (jednoducho obrovská) gravitačná sila, že ju nebude môcť opustiť ani svetlo. . Takto sa objavil pojem „čierna diera“, aj keď v skutočnosti čierna vôbec nie je, podľa nás by bol vhodnejší výraz „tmavá diera“, pretože dochádza práve k absencii svetla.

Neskôr, v roku 1918, veľký vedec Albert Einstein napísal o problematike čiernych dier v kontexte teórie relativity. Ale až v roku 1967, vďaka úsiliu amerického astrofyzika Johna Wheelera, si koncept čiernych dier konečne získal miesto v akademických kruhoch.

Nech je to akokoľvek, D. Michel, Albert Einstein a John Wheeler vo svojich prácach predpokladali iba teoretickú existenciu týchto záhadných nebeských objektov vo vesmíre, ale skutočný objav čiernych dier sa odohral v roku 1971, vtedy sa boli prvýkrát zaznamenané v ďalekohľade.

Takto vyzerá čierna diera.

Ako vznikajú čierne diery vo vesmíre

Ako vieme z astrofyziky, všetky hviezdy (vrátane nášho Slnka) majú určité obmedzené zásoby paliva. A hoci život hviezdy môže trvať miliardy svetelných rokov, skôr či neskôr sa táto podmienená zásoba paliva skončí a hviezda „zhasne“. Proces „blednutia“ hviezdy je sprevádzaný intenzívnymi reakciami, počas ktorých hviezda prechádza výraznou premenou a v závislosti od svojej veľkosti sa môže zmeniť na bieleho trpaslíka, neutrónovú hviezdu alebo čiernu dieru. Navyše, najväčšie hviezdy s neuveriteľne pôsobivými veľkosťami sa zvyčajne menia na čiernu dieru - v dôsledku stlačenia týchto najúžasnejších veľkostí dochádza k mnohonásobnému zvýšeniu hmotnosti a gravitačnej sily novovytvorenej čiernej diery, ktorá sa zmení na druh galaktického vysávača - pohlcujúci všetko a všetkých naokolo.

Čierna diera pohltí hviezdu.

Malá poznámka - naše Slnko na galaktické pomery vôbec nie je veľká hviezda a po jeho zániku, ku ktorému dôjde približne o niekoľko miliárd rokov, sa s najväčšou pravdepodobnosťou nezmení na čiernu dieru.

Ale buďme k vám úprimní - dnes vedci ešte nepoznajú všetky zložitosti vzniku čiernej diery, nepochybne ide o mimoriadne zložitý astrofyzikálny proces, ktorý sám o sebe môže trvať milióny svetelných rokov. Hoci je možné v tomto smere pokročiť, mohlo by ísť o objav a následné štúdium takzvaných intermediárnych čiernych dier, teda hviezd v stave zániku, v ktorých prebieha aktívny proces tvorby čiernych dier. Mimochodom, podobnú hviezdu objavili astronómovia v roku 2014 v ramene špirálovej galaxie.

Koľko čiernych dier je vo vesmíre?

Podľa teórií moderných vedcov môžu byť v našej galaxii Mliečna dráha až stovky miliónov čiernych dier. O nič menej ich možno nie je ani v našej susednej galaxii, do ktorej z našej Mliečnej dráhy nemá čo letieť – 2,5 milióna svetelných rokov.

Teória čiernych dier

Napriek obrovskej hmotnosti (ktorá je stotisíckrát väčšia ako hmotnosť nášho Slnka) a neskutočnej sile gravitácie nebolo ľahké vidieť čierne diery cez ďalekohľad, pretože vôbec nevyžarujú svetlo. Vedcom sa podarilo všimnúť si čiernu dieru až v momente jej „jedla“ - absorpcie inej hviezdy, v tomto momente sa objavuje charakteristické žiarenie, ktoré už možno pozorovať. Teória čiernych dier teda našla skutočné potvrdenie.

Vlastnosti čiernych dier

Hlavnou vlastnosťou čiernej diery sú jej neuveriteľné gravitačné polia, ktoré nedovoľujú okolitému priestoru a času zostať vo svojom obvyklom stave. Áno, počuli ste dobre, čas vo vnútri čiernej diery plynie mnohokrát pomalšie ako zvyčajne, a ak by ste tam boli, potom by ste sa po návrate späť (ak ste mali to šťastie, samozrejme) čudovali, že prešli storočia. na Zemi, a ani ste nezostarli, stihli ste to včas. Aj keď povedzme si pravdu, keby ste boli vo vnútri čiernej diery, len ťažko by ste prežili, pretože sila gravitácie je taká, že akýkoľvek hmotný objekt by sa jednoducho roztrhal, dokonca ani na kúsky, na atómy.

Ale ak by ste boli čo i len blízko čiernej diery, pod vplyvom jej gravitačného poľa, mali by ste to tiež ťažké, pretože čím viac budete odolávať jej gravitácii a snažiť sa odletieť, tým rýchlejšie by ste do nej spadli. Dôvodom tohto zdanlivého paradoxu je gravitačné vírové pole, ktoré majú všetky čierne diery.

Čo ak človek spadne do čiernej diery

Vyparovanie čiernych dier

Anglický astronóm S. Hawking objavil zaujímavý fakt: zdá sa, že aj čierne diery emitujú vyparovanie. Je pravda, že to platí len pre otvory relatívne malej hmotnosti. Silná gravitácia okolo nich zrodí páry častíc a antičastíc, jeden z páru je vtiahnutý dierou a druhý je vyvrhnutý von. Čierna diera teda vyžaruje tvrdé antičastice a gama žiarenie. Toto vyparovanie alebo žiarenie z čiernej diery bolo pomenované po vedcovi, ktorý ho objavil - „Hawkingovo žiarenie“.

Najväčšia čierna diera

Podľa teórie čiernych dier sa v strede takmer všetkých galaxií nachádzajú obrovské čierne diery s hmotnosťou od niekoľkých miliónov do niekoľkých miliárd hmotností Slnka. A relatívne nedávno vedci objavili dve najväčšie doteraz známe čierne diery; nachádzajú sa v dvoch blízkych galaxiách: NGC 3842 a NGC 4849.

NGC 3842 je najjasnejšia galaxia v súhvezdí Lev, ktorá sa od nás nachádza 320 miliónov svetelných rokov. V jeho strede sa nachádza obrovská čierna diera s hmotnosťou 9,7 miliardy slnečných hmôt.

NGC 4849, galaxia v zhluku Coma, vzdialená 335 miliónov svetelných rokov, sa môže pochváliť rovnako pôsobivou čiernou dierou.

Gravitačné pole týchto obrovských čiernych dier, alebo v akademickom zmysle ich horizont udalostí, je približne 5-krát väčšia ako vzdialenosť od Slnka k ! Takáto čierna diera by zjedla našu slnečnú sústavu a ani by sa nezadusila.

Najmenšia čierna diera

Ale v obrovskej rodine čiernych dier sú aj veľmi malí zástupcovia. Najtrpasličejšia čierna diera, ktorú vedci doteraz objavili, má teda iba 3-násobok hmotnosti nášho Slnka. V skutočnosti je to teoretické minimum potrebné na vytvorenie čiernej diery; ak by táto hviezda bola o niečo menšia, diera by nevznikla.

Čierne diery sú kanibali

Áno, existuje taký jav, ako sme písali vyššie, čierne diery sú akési “galaktické vysávače”, ktoré pohlcujú všetko okolo seba, vrátane... iných čiernych dier. Nedávno astronómovia zistili, že čiernu dieru z jednej galaxie požiera ešte väčší čierny žrút z inej galaxie.

• Podľa hypotéz niektorých vedcov nie sú čierne diery len galaktické vysávače, ktoré do seba nasávajú všetko, ale za istých okolností môžu samy zrodiť nové vesmíry.
• Čierne diery sa môžu časom vypariť. Vyššie sme písali, že anglický vedec Stephen Hawking zistil, že čierne diery majú vlastnosť žiarenia a po nejakom veľmi dlhom čase, keď už okolo nie je čo absorbovať, sa čierna diera začne viac vyparovať, až časom dá vynesie celú svoju hmotu do okolitého priestoru. Aj keď je to len domnienka, hypotéza.
• Čierne diery spomaľujú čas a ohýbajú priestor. O dilatácii času sme už písali, no priestor v podmienkach čiernej diery bude tiež úplne zakrivený.
• Čierne diery obmedzujú počet hviezd vo vesmíre. Ich gravitačné polia totiž bránia ochladzovaniu oblakov plynu vo vesmíre, z ktorých sa, ako je známe, rodia nové hviezdy.

Čierne diery na Discovery Channel, video

A na záver vám ponúkame zaujímavý vedecký dokument o čiernych dierach z Discovery Channel

Každý, kto sa zoznámi s astronómiou, skôr či neskôr zažije silnú zvedavosť na najzáhadnejšie objekty vesmíru – čierne diery. Toto sú skutoční páni temnoty, ktorí sú schopní „pohltiť“ akýkoľvek atóm prechádzajúci okolo a nedovoliť uniknúť ani svetlu - ich príťažlivosť je taká silná. Tieto objekty predstavujú skutočnú výzvu pre fyzikov a astronómov. Tí prví ešte nedokážu pochopiť, čo sa deje s hmotou, ktorá spadla do čiernej diery, a tí druhí, hoci vysvetľujú energeticky najnáročnejšie javy vo vesmíre existenciou čiernych dier, nikdy nemali možnosť pozorovať žiadnu z nich. priamo. Povieme vám o týchto zaujímavých nebeských objektoch, zistíme, čo už bolo objavené a čo sa ešte treba naučiť, aby sme poodhrnuli závoj tajomstva.

Čo je čierna diera?

Názov „čierna diera“ (v angličtine - čierna diera) navrhol v roku 1967 americký teoretický fyzik John Archibald Wheeler (pozri fotografiu vľavo). Slúžil na označenie nebeského telesa, ktorého príťažlivosť je taká silná, že ho nepustí ani svetlo. Preto je „čierna“, pretože nevyžaruje svetlo.

Nepriame pozorovania

Toto je dôvod takejto záhady: keďže čierne diery nežiaria, nemôžeme ich vidieť priamo a sme nútení ich hľadať a študovať len pomocou nepriamych dôkazov, ktoré ich existencia zanecháva v okolitom priestore. Inými slovami, ak čierna diera pohltí hviezdu, čiernu dieru nevidíme, ale môžeme pozorovať ničivé účinky jej silného gravitačného poľa.

Laplaceova intuícia

Hoci výraz „čierna diera“ na označenie hypotetickej konečnej fázy vývoja hviezdy, ktorá sa zrútila do seba pod vplyvom gravitácie, je relatívne nedávny, myšlienka o možnosti existencie takýchto telies vznikla u viac ako dvoch storočiami. Angličan John Michell a Francúz Pierre-Simon de Laplace nezávisle vyslovili hypotézu o existencii „neviditeľných hviezd“; zároveň vychádzali zo zaužívaných zákonov dynamiky a Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie. Dnes už čierne diery dostali svoj správny popis na základe Einsteinovej všeobecnej teórie relativity.

Laplace vo svojom diele „Exposition of the System of the World“ (1796) napísal: „Jasná hviezda rovnakej hustoty ako Zem, s priemerom 250-krát väčším ako je priemer Slnka, by vďaka svojej gravitácii príťažlivosti, bráni svetelným lúčom, aby sa k nám dostali. Preto je možné, že najväčšie a najjasnejšie nebeské telesá sú z tohto dôvodu neviditeľné.“

Nepremožiteľná gravitácia

Laplaceova myšlienka bola založená na koncepte únikovej rýchlosti (druhá kozmická rýchlosť). Čierna diera je taký hustý objekt, že svojou gravitáciou dokáže zadržať aj svetlo, ktoré vyvinie najvyššiu rýchlosť v prírode (takmer 300 000 km/s). V praxi si únik z čiernej diery vyžaduje rýchlosť vyššiu ako rýchlosť svetla, ale to je nemožné!

To znamená, že hviezda tohto druhu bude neviditeľná, pretože ani svetlo nebude schopné prekonať jej silnú gravitáciu. Einstein vysvetlil túto skutočnosť prostredníctvom javu ohýbania svetla pod vplyvom gravitačného poľa. V skutočnosti je v blízkosti čiernej diery časopriestor tak zakrivený, že trajektórie svetelných lúčov sa tiež uzatvárajú. Aby sme Slnko premenili na čiernu dieru, budeme musieť celú jeho hmotu sústrediť do gule s polomerom 3 km a Zem sa bude musieť zmeniť na guľu s polomerom 9 mm!

Typy čiernych dier

Len asi pred desiatimi rokmi pozorovania naznačili existenciu dvoch typov čiernych dier: hviezdnych, ktorých hmotnosť je porovnateľná s hmotnosťou Slnka alebo ju mierne prevyšuje, a superhmotných, ktorých hmotnosť sa pohybuje od niekoľkých stoviek tisíc až po mnoho miliónov hmotností Slnka. . Relatívne nedávno však röntgenové snímky a spektrá s vysokým rozlíšením získané z umelých satelitov ako Chandra a XMM-Newton priniesli do popredia tretí typ čiernej diery – s priemernou hmotnosťou tisíckrát prevyšujúcou hmotnosť Slnka. .

Hviezdne čierne diery

Hviezdne čierne diery sa stali známymi skôr ako ostatné. Vznikajú vtedy, keď veľkohmotná hviezda na konci svojej evolučnej cesty vyčerpá svoje zásoby jadrového paliva a vplyvom vlastnej gravitácie sa zrúti do seba. Výbuch, ktorý otrasie hviezdou (jav známy ako „výbuch supernovy“), má katastrofálne následky: ak je jadro hviezdy viac ako 10-násobok hmotnosti Slnka, žiadna jadrová sila nemôže odolať gravitačnému kolapsu, ktorý bude mať za následok stvorenie. čiernej diery.

Supermasívne čierne diery

Supermasívne čierne diery, ktoré boli prvýkrát zaznamenané v jadrách niektorých aktívnych galaxií, majú odlišný pôvod. Existuje niekoľko hypotéz týkajúcich sa ich zrodu: hviezdna čierna diera, ktorá v priebehu miliónov rokov pohltí všetky hviezdy okolo seba; zhluk čiernych dier, ktoré sa spájajú; kolosálny oblak plynu, ktorý sa zrútil priamo do čiernej diery. Tieto čierne diery patria medzi energeticky najaktívnejšie objekty vo vesmíre. Nachádzajú sa v centrách mnohých, ak nie všetkých galaxií. Takúto čiernu dieru má aj naša Galaxia. Niekedy v dôsledku prítomnosti takejto čiernej diery sa jadrá týchto galaxií stanú veľmi jasnými. Galaxie s čiernymi dierami v strede, obklopené veľkým množstvom padajúcej hmoty, a preto schopné produkovať obrovské množstvo energie, sa nazývajú „aktívne“ a ich jadrá sa nazývajú „aktívne galaktické jadrá“ (AGN). Napríklad kvazary (najvzdialenejšie kozmické objekty od nás, ktoré sú dostupné nášmu pozorovaniu) sú aktívne galaxie, v ktorých vidíme len veľmi jasné jadro.

Stredné a mini

Ďalšou záhadou zostávajú stredne ťažké čierne diery, ktoré sa podľa nedávneho výskumu môžu nachádzať v strede niektorých guľových hviezdokôp, ako sú M13 a NCC 6388. Mnohí astronómovia sú voči týmto objektom skeptickí, no niektoré nové výskumy naznačujú prítomnosť tzv. čierne diery stredne veľké aj v blízkosti stredu našej Galaxie. Anglický fyzik Stephen Hawking tiež predložil teoretický predpoklad o existencii štvrtého typu čiernej diery - „minidiery“ s hmotnosťou iba miliardy ton (čo sa približne rovná hmotnosti veľkej hory). Hovoríme o primárnych objektoch, teda o tých, ktoré sa objavili v prvých okamihoch života Vesmíru, keď bol tlak ešte veľmi vysoký. Zatiaľ však nebola objavená ani jedna stopa po ich existencii.

Ako nájsť čiernu dieru

Len pred pár rokmi sa nad čiernymi dierami rozsvietilo svetlo. Vďaka neustále sa zdokonaľujúcim prístrojom a technológiám (pozemným aj vesmírnym) sú tieto objekty čoraz menej tajomné; presnejšie povedané, priestor okolo nich sa stáva menej tajomným. V skutočnosti, keďže samotná čierna diera je neviditeľná, dokážeme ju rozpoznať len vtedy, ak je obklopená dostatkom hmoty (hviezd a horúceho plynu), ktorá okolo nej obieha v krátkej vzdialenosti.

Sledovanie binárnych systémov

Niektoré hviezdne čierne diery boli objavené pozorovaním orbitálneho pohybu hviezdy okolo neviditeľného spoločníka v binárnom systéme. Blízke binárne systémy (t. j. pozostávajúce z dvoch hviezd veľmi blízko seba), v ktorých je jeden zo spoločníkov neviditeľný, sú obľúbeným objektom pozorovania astrofyzikov hľadajúcich čierne diery.

Náznakom prítomnosti čiernej diery (alebo neutrónovej hviezdy) je silná emisia röntgenového žiarenia spôsobená zložitým mechanizmom, ktorý možno schematicky opísať nasledovne. Vďaka svojej silnej gravitácii môže čierna diera vytrhnúť hmotu zo svojej sprievodnej hviezdy; tento plyn sa rozprestiera do plochého disku a špirálovito klesá do čiernej diery. Trenie spôsobené zrážkami medzi časticami padajúceho plynu zahrieva vnútorné vrstvy disku na niekoľko miliónov stupňov, čo spôsobuje silné röntgenové žiarenie.

Röntgenové pozorovania

Röntgenové pozorovania objektov v našej Galaxii a susedných galaxiách, ktoré sa uskutočňujú niekoľko desaťročí, umožnili odhaliť kompaktné binárne zdroje, z ktorých asi tucet sú systémy obsahujúce kandidátov na čierne diery. Hlavným problémom je určenie hmotnosti neviditeľného nebeského telesa. Hmotnosť (aj keď nie veľmi presná) sa dá zistiť štúdiom pohybu spoločníka alebo, čo je oveľa ťažšie, meraním intenzity röntgenového žiarenia padajúceho materiálu. Táto intenzita súvisí rovnicou s hmotnosťou telesa, na ktoré táto látka dopadá.

kandidát na Nobelovu cenu

Niečo podobné možno povedať o supermasívnych čiernych dierach pozorovaných v jadrách mnohých galaxií, ktorých hmotnosti sa odhadujú meraním orbitálnych rýchlostí plynu dopadajúceho do čiernej diery. V tomto prípade, spôsobeným silným gravitačným poľom veľmi veľkého objektu, pozorovaním v rádiovom dosahu, ako aj v optických lúčoch, je detekovaný rýchly nárast rýchlosti oblakov plynu obiehajúcich v strede galaxií. Pozorovania v oblasti röntgenového žiarenia môžu potvrdiť zvýšené uvoľňovanie energie spôsobené pádom hmoty do čiernej diery. Výskum röntgenového žiarenia začal začiatkom 60. rokov 20. storočia Talian Riccardo Giacconi, ktorý pôsobil v USA. Jeho Nobelova cena v roku 2002 ocenila jeho „pionierske príspevky k astrofyzike vedúce k objavu zdrojov röntgenového žiarenia vo vesmíre“.

Cygnus X-1: prvý kandidát

Naša Galaxia nie je imúnna voči prítomnosti kandidátskych objektov čiernej diery. Našťastie žiadny z týchto objektov nie je dostatočne blízko k nám, aby predstavoval hrozbu pre existenciu Zeme alebo slnečnej sústavy. Napriek veľkému počtu kompaktných röntgenových zdrojov, ktoré boli identifikované (a to sú najpravdepodobnejšie kandidáti na čierne diery), nemáme istotu, že skutočne obsahujú čierne diery. Jediný z týchto zdrojov, ktorý nemá alternatívnu verziu, je blízky binárny systém Cygnus X-1, teda najjasnejší zdroj röntgenového žiarenia v súhvezdí Labuť.

Masívne hviezdy

Tento systém, ktorého obežná doba je 5,6 dňa, sa skladá z veľmi jasnej modrej hviezdy veľkej veľkosti (jej priemer je 20-krát väčší ako Slnko a jej hmotnosť je asi 30-krát väčšia), ľahko viditeľná aj vo vašom teleskope. neviditeľná druhá hviezda, ktorej hmotnosť sa odhaduje na niekoľko hmotností Slnka (do 10). Druhá hviezda, ktorá sa nachádza 6 500 svetelných rokov od nás, by bola dokonale viditeľná, keby to bola obyčajná hviezda. Jeho neviditeľnosť, silné röntgenové žiarenie produkované systémom a napokon odhad hmotnosti vedú väčšinu astronómov k presvedčeniu, že ide o prvý potvrdený objav hviezdnej čiernej diery.

Pochybnosti

Nájdu sa však aj skeptici. Medzi nimi je aj jeden z najväčších výskumníkov čiernych dier, fyzik Stephen Hawking. Dokonca sa stavil so svojím americkým kolegom Keelom Thornom, horlivým zástancom klasifikácie objektu Cygnus X-1 ako čiernej diery.

Debata o identite objektu Cygnus X-1 nie je jedinou Hawkingovou stávkou. Po niekoľkých deviatich rokoch zasvätenia teoretickým štúdiám o čiernych dierach sa presvedčil o klamnosti svojich predchádzajúcich predstáv o týchto záhadných objektoch. Hawking najmä predpokladal, že hmota po páde do čiernej diery navždy zmizne a s ňou aj všetka jej informačná batožina zmizne. Bol si tým taký istý, že sa na túto tému v roku 1997 stavil so svojím americkým kolegom Johnom Preskillom.

Priznanie chyby

21. júla 2004 Hawking vo svojom prejave na Kongrese o teórii relativity v Dubline priznal, že Preskill mal pravdu. Čierne diery nevedú k úplnému zmiznutiu hmoty. Okrem toho majú určitý druh „pamäte“. Môžu dobre obsahovať stopy toho, čo skonzumovali. Takže „vyparovaním“ (teda pomalým vyžarovaním žiarenia v dôsledku kvantového efektu) môžu túto informáciu vrátiť nášmu Vesmíru.

Čierne diery v Galaxii

Astronómovia majú stále veľa pochybností o prítomnosti hviezdnych čiernych dier (ako je tá, ktorá patrí do binárneho systému Cygnus X-1) v našej Galaxii; ale o supermasívnych čiernych dierach sa pochybuje oveľa menej.

V centre

Naša galaxia má aspoň jednu supermasívnu čiernu dieru. Jeho zdroj, známy ako Sagittarius A*, je presne lokalizovaný v strede roviny Mliečnej dráhy. Jeho názov sa vysvetľuje tým, že ide o najsilnejší rádiový zdroj v súhvezdí Strelca. V tomto smere sa nachádzajú geometrické aj fyzické centrá nášho galaktického systému. Supermasívna čierna diera spojená so zdrojom rádiových vĺn Sagittarius A*, vzdialená asi 26 000 svetelných rokov, má hmotnosť odhadovanú na približne 4 milióny slnečných hmôt a nachádza sa v priestore, ktorého objem je porovnateľný s objemom slnečnej sústavy. Jeho relatívna blízkosť k nám (je to zďaleka najbližšia supermasívna čierna diera k Zemi) viedla k tomu, že objekt bol v posledných rokoch obzvlášť podrobne študovaný vesmírnym observatóriom Chandra. Ukázalo sa najmä, že ide aj o silný zdroj röntgenového žiarenia (nie však taký silný ako zdroje v aktívnych galaktických jadrách). Sagittarius A* môže byť spiacim zvyškom toho, čo bolo pred miliónmi alebo miliardami rokov aktívnym jadrom našej Galaxie.

Druhá čierna diera?

Niektorí astronómovia sa však domnievajú, že v našej Galaxii je ešte jedno prekvapenie. Hovoríme o druhej čiernej diere s priemernou hmotnosťou, ktorá drží pohromade zhluk mladých hviezd a bráni im v páde do supermasívnej čiernej diery nachádzajúcej sa v strede samotnej Galaxie. Ako je možné, že vo vzdialenosti menšej ako jeden svetelný rok od nej môže byť hviezdokopa, ktorá má sotva 10 miliónov rokov, teda podľa astronomických štandardov veľmi mladá? Podľa vedcov je odpoveď taká, že hviezdokopa sa tam nezrodila (prostredie okolo centrálnej čiernej diery je príliš nepriateľské na vznik hviezd), ale bola tam „pritiahnutá“ kvôli existencii druhej čiernej diery v nej, ktorá má priemernú hmotnosť.

Na obežnej dráhe

Jednotlivé hviezdy v zhluku priťahované supermasívnou čiernou dierou sa začali posúvať smerom ku galaktickému stredu. Avšak namiesto toho, aby sa rozptýlili do vesmíru, zostávajú zhromaždené vďaka gravitačnej sile druhej čiernej diery umiestnenej v strede zhluku. Hmotnosť tejto čiernej diery sa dá odhadnúť na základe jej schopnosti udržať celú hviezdokopu na vodítku. Stredne veľkej čiernej diere zrejme trvá asi 100 rokov, kým obehne centrálnu čiernu dieru. To znamená, že dlhodobé pozorovania počas mnohých rokov nám umožnia „vidieť“.

Hviezda sa môže na konci svojho života zmeniť na čiernu dieru. Pri tejto premene sa hviezda veľmi silno zmršťuje, pričom jej hmotnosť zostáva zachovaná. Hviezda sa zmení na malú, ale veľmi ťažkú ​​guľu. Ak predpokladáme, že naša planéta Zem sa stane čiernou dierou, tak jej priemer v tomto stave bude len 9 milimetrov. Zem sa ale nebude môcť premeniť na čiernu dieru, pretože v jadre planét prebiehajú úplne iné reakcie, nie také ako vo hviezdach.

K takémuto silnému stlačeniu a zhutneniu hviezdy dochádza preto, lebo vplyvom termonukleárnych reakcií v strede hviezdy veľmi vzrastie jej príťažlivá sila a začne priťahovať povrch hviezdy do jej stredu. Postupne sa rýchlosť, ktorou sa hviezda sťahuje, zvyšuje a nakoniec začne prekračovať rýchlosť svetla. Keď hviezda dosiahne tento stav, prestane žiariť, pretože častice svetla – kvantá – nedokážu prekonať silu gravitácie. Hviezda v tomto stave prestáva vyžarovať svetlo, zostáva „vo vnútri“ gravitačného polomeru – hranice, v ktorej sú všetky objekty priťahované k povrchu hviezdy. Astronómovia nazývajú túto hranicu horizontom udalostí. A za touto hranicou gravitačná sila čiernej diery klesá. Keďže svetelné častice nedokážu prekonať gravitačnú hranicu hviezdy, čiernu dieru je možné odhaliť iba pomocou prístrojov, napríklad ak z neznámych dôvodov začne vesmírna loď alebo iné teleso – kométa alebo asteroid – meniť svoju trajektóriu, znamená to, že s najväčšou pravdepodobnosťou sa dostal pod vplyv gravitačných síl čiernej diery. Riadený vesmírny objekt v takejto situácii musí urýchlene zapnúť všetky motory a opustiť zónu nebezpečnej gravitácie a ak nie je dostatok výkonu, nevyhnutne ho pohltí čierna diera.

Ak by sa Slnko mohlo premeniť na čiernu dieru, potom by sa planéty slnečnej sústavy nachádzali v rámci gravitačného polomeru Slnka a priťahovalo by ich a absorbovalo. Našťastie pre nás sa to nestane, pretože... Len veľmi veľké, masívne hviezdy sa môžu zmeniť na čiernu dieru. Slnko je na to príliš malé. Počas svojho vývoja sa Slnko s najväčšou pravdepodobnosťou stane vyhynutým čiernym trpaslíkom. Ostatné čierne diery, ktoré už vo vesmíre existujú, nie sú pre našu planétu a pozemské vesmírne lode nebezpečné – sú od nás príliš ďaleko.

V populárnom televíznom seriáli „Teória veľkého tresku“, ktorý si môžete pozrieť, sa nedozviete tajomstvá stvorenia vesmíru ani dôvody vzniku čiernych dier vo vesmíre. Hlavní hrdinovia sú zapálení pre vedu a prácu na katedre fyziky na univerzite. Neustále sa ocitajú v rôznych smiešnych situáciách, ktoré je zábavné sledovať.

Bezhraničný vesmír je plný tajomstiev, hádaniek a paradoxov. Napriek tomu, že moderná veda urobila obrovský skok vpred v prieskume vesmíru, veľa v tomto obrovskom svete zostáva pre ľudský svetonázor nepochopiteľné. O hviezdach, hmlovinách, hviezdokopách a planétach vieme veľa. V rozľahlosti Vesmíru sú však objekty, o ktorých existencii môžeme len hádať. Napríklad o čiernych dierach vieme veľmi málo. Základné informácie a poznatky o povahe čiernych dier vychádzajú z predpokladov a dohadov. Astrofyzici a jadroví vedci bojujú s týmto problémom už desaťročia. Čo je čierna diera vo vesmíre? Aká je povaha takýchto predmetov?

Jednoducho povedané o čiernych dierach

Aby ste si predstavili, ako vyzerá čierna diera, stačí vidieť chvost vlaku idúceho do tunela. Signalizačné svetlá na poslednom vozni sa budú zmenšovať, keď sa vlak prehlbuje do tunela, až kým úplne nezmiznú z dohľadu. Inými slovami, ide o objekty, kde vplyvom monštruóznej gravitácie mizne aj svetlo. Elementárne častice, elektróny, protóny a fotóny nedokážu prekonať neviditeľnú bariéru a spadnúť do čiernej priepasti ničoty, preto sa takáto diera vo vesmíre nazýva čierna. V jeho vnútri nie je ani najmenšia svetlá plocha, úplná čierňava a nekonečno. Čo je na druhej strane čiernej diery, nie je známe.

Tento vesmírny vysávač má kolosálnu gravitačnú silu a je schopný absorbovať celú galaxiu so všetkými hviezdokopami a superkopami, vrátane hmlovín a temnej hmoty. Ako je to možné? Môžeme len hádať. Nám známe fyzikálne zákony v tomto prípade praskajú vo švíkoch a neposkytujú vysvetlenie pre prebiehajúce procesy. Podstatou paradoxu je, že v danej časti Vesmíru je gravitačná interakcia telies určená ich hmotnosťou. Proces absorpcie jedným objektom druhého nie je ovplyvnený ich kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením. Častice, ktoré dosiahli kritický počet v určitej oblasti, vstupujú do ďalšej úrovne interakcie, kde sa gravitačné sily stávajú príťažlivými silami. Telo, predmet, látka alebo hmota sa pod vplyvom gravitácie začne stláčať a dosahuje kolosálnu hustotu.

Približne k podobným procesom dochádza pri vzniku neutrónovej hviezdy, kde sa hviezdna hmota stláča na objem pod vplyvom vnútornej gravitácie. Voľné elektróny sa spájajú s protónmi a vytvárajú elektricky neutrálne častice nazývané neutróny. Hustota tejto látky je obrovská. Častica hmoty veľkosti kúska rafinovaného cukru váži miliardy ton. Tu by bolo vhodné pripomenúť všeobecnú teóriu relativity, kde priestor a čas sú spojité veličiny. V dôsledku toho sa proces kompresie nemôže zastaviť v polovici, a preto nemá žiadne obmedzenie.

Čierna diera potenciálne vyzerá ako diera, v ktorej môže byť prechod z jednej časti vesmíru do druhej. Zároveň sa menia samotné vlastnosti priestoru a času, ktoré sa skrúcajú do časopriestorového lievika. Po dosiahnutí dna tohto lievika sa akákoľvek hmota rozpadne na kvantá. Čo je na druhej strane čiernej diery, táto obrovská diera? Možno je tam ďalší priestor, kde platia iné zákony a čas plynie opačným smerom.

V kontexte teórie relativity vyzerá teória čiernej diery takto. Bod v priestore, kde gravitačné sily stlačili akúkoľvek hmotu do mikroskopických rozmerov, má kolosálnu príťažlivú silu, ktorej veľkosť narastá do nekonečna. Objaví sa záhyb času a priestor sa ohýba a uzatvára sa v jednom bode. Objekty pohltené čiernou dierou nie sú schopné samostatne odolať ťažnej sile tohto monštruózneho vysávača. Dokonca ani rýchlosť svetla, ktorú majú kvantá, neumožňuje elementárnym časticiam prekonať silu gravitácie. Každé teleso, ktoré sa dostane do takého bodu, prestáva byť hmotným objektom, splynie s časopriestorovou bublinou.

Čierne diery z vedeckého hľadiska

Ak sa pýtate sami seba, ako vznikajú čierne diery? Jednoznačná odpoveď nebude. Vo Vesmíre je pomerne veľa paradoxov a rozporov, ktoré sa z vedeckého hľadiska nedajú vysvetliť. Einsteinova teória relativity umožňuje len teoretické vysvetlenie podstaty takýchto objektov, no kvantová mechanika a fyzika v tomto prípade mlčia.

Pri pokuse vysvetliť procesy prebiehajúce podľa fyzikálnych zákonov bude obrázok vyzerať takto. Objekt vytvorený ako výsledok kolosálnej gravitačnej kompresie masívneho alebo supermasívneho kozmického telesa. Tento proces má vedecký názov – gravitačný kolaps. Pojem „čierna diera“ sa vo vedeckej komunite prvýkrát objavil v roku 1968, keď sa americký astronóm a fyzik John Wheeler pokúsil vysvetliť stav kolapsu hviezd. Podľa jeho teórie na mieste masívnej hviezdy, ktorá prešla gravitačným kolapsom, vzniká priestorová a časová medzera, v ktorej pôsobí stále sa zväčšujúca kompresia. Všetko, z čoho bola hviezda vyrobená, ide do jej vnútra.

Toto vysvetlenie nám umožňuje dospieť k záveru, že povaha čiernych dier nijako nesúvisí s procesmi vyskytujúcimi sa vo vesmíre. Všetko, čo sa deje vo vnútri tohto objektu, sa nijako neodráža na okolitom priestore s jedným „ALE“. Gravitačná sila čiernej diery je taká silná, že ohýba priestor a spôsobuje rotáciu galaxií okolo čiernych dier. Preto je jasný dôvod, prečo galaxie nadobúdajú tvar špirál. Ako dlho bude trvať, kým obrovská galaxia Mliečna dráha zmizne v priepasti supermasívnej čiernej diery, nie je známe. Zaujímavosťou je, že čierne diery sa môžu objaviť kdekoľvek vo vesmíre, kde sú na to vytvorené ideálne podmienky. Takýto záhyb času a priestoru neutralizuje obrovské rýchlosti, ktorými hviezdy rotujú a pohybujú sa priestorom galaxie. Čas v čiernej diere plynie v inej dimenzii. V tejto oblasti nie je možné interpretovať žiadne zákony gravitácie z hľadiska fyziky. Tento stav sa nazýva singularita čiernej diery.

Čierne diery nevykazujú žiadne vonkajšie identifikačné znaky, ich existenciu možno posúdiť podľa správania iných vesmírnych objektov, ktoré sú ovplyvnené gravitačnými poľami. Celý obraz zápasu na život a na smrť sa odohráva na hranici čiernej diery, ktorá je pokrytá membránou. Táto pomyselná plocha lievika sa nazýva „horizont udalostí“. Všetko, čo vidíme až po túto hranicu, je hmatateľné a materiálne.

Scenáre tvorby čiernych dier

Pri rozvíjaní teórie Johna Wheelera môžeme dospieť k záveru, že záhada čiernych dier s najväčšou pravdepodobnosťou nie je v procese jej formovania. K vzniku čiernej diery dochádza v dôsledku kolapsu neutrónovej hviezdy. Okrem toho by hmotnosť takéhoto objektu mala trikrát alebo viackrát presiahnuť hmotnosť Slnka. Neutrónová hviezda sa zmenšuje, kým jej vlastné svetlo už nie je schopné uniknúť z pevného objatia gravitácie. Existuje limit veľkosti, do ktorej sa hviezda môže zmenšiť a zrodiť tak čiernu dieru. Tento polomer sa nazýva gravitačný polomer. Masívne hviezdy v konečnom štádiu svojho vývoja by mali mať gravitačný polomer niekoľko kilometrov.

Dnes vedci získali nepriame dôkazy o prítomnosti čiernych dier v desiatke röntgenových dvojhviezd. Röntgenové hviezdy, pulzary alebo burstre nemajú pevný povrch. Navyše ich hmotnosť je väčšia ako hmotnosť troch Sĺnk. Súčasný stav kozmického priestoru v súhvezdí Labuť - röntgenová hviezda Cygnus X-1, nám umožňuje sledovať proces vzniku týchto kurióznych objektov.

Na základe výskumu a teoretických predpokladov dnes vo vede existujú štyri scenáre pre vznik čiernych hviezd:

• gravitačný kolaps masívnej hviezdy v záverečnej fáze jej vývoja;
• kolaps centrálnej oblasti galaxie;
• vznik čiernych dier počas Veľkého tresku;
• vznik kvantových čiernych dier.

Prvý scenár je najrealistickejší, ale počet čiernych hviezd, ktoré dnes poznáme, prevyšuje počet známych neutrónových hviezd. A vek vesmíru nie je taký veľký, aby taký počet masívnych hviezd mohol prejsť celým procesom evolúcie.

Druhý scenár má právo na život a existuje toho pozoruhodný príklad – supermasívna čierna diera Sagittarius A*, ktorá sa nachádza v strede našej galaxie. Hmotnosť tohto objektu je 3,7 hmotnosti Slnka. Mechanizmus tohto scenára je podobný scenáru gravitačného kolapsu, len s tým rozdielom, že nekolabuje hviezda, ale medzihviezdny plyn. Vplyvom gravitačných síl sa plyn stlačí na kritickú hmotnosť a hustotu. V kritickom momente sa hmota rozpadne na kvantá a vytvorí čiernu dieru. Táto teória je však pochybná, keďže nedávno astronómovia z Kolumbijskej univerzity identifikovali satelity čiernej diery Sagittarius A*. Ukázalo sa, že ide o veľa malých čiernych dier, ktoré pravdepodobne vznikli iným spôsobom.

Tretí scenár je viac teoretický a súvisí s existenciou teórie veľkého tresku. V momente vzniku Vesmíru časť hmoty a gravitačných polí prešli výkyvmi. Inými slovami, procesy sa uberali inou cestou, ktorá nesúvisela so známymi procesmi kvantovej mechaniky a jadrovej fyziky.

Posledný scenár sa zameriava na fyziku jadrového výbuchu. V zhlukoch hmoty dochádza pri jadrových reakciách pod vplyvom gravitačných síl k výbuchu, v mieste ktorého vzniká čierna diera. Hmota exploduje dovnútra a pohltí všetky častice.

Existencia a vývoj čiernych dier

S približnou predstavou o povahe takýchto zvláštnych vesmírnych objektov je zaujímavé niečo iné. Aké sú skutočné veľkosti čiernych dier a ako rýchlo rastú? Veľkosti čiernych dier sú určené ich gravitačným polomerom. Pre čierne diery je polomer čiernej diery určený jej hmotnosťou a nazýva sa Schwarzschildov polomer. Napríklad, ak má objekt hmotnosť rovnajúcu sa hmotnosti našej planéty, potom je Schwarzschildov polomer v tomto prípade 9 mm. Naše hlavné svietidlo má polomer 3 km. Priemerná hustota čiernej diery vytvorenej na mieste hviezdy s hmotnosťou 10⁸ Slnka bude blízka hustote vody. Polomer takejto formácie bude 300 miliónov kilometrov.

Je pravdepodobné, že takéto obrovské čierne diery sa nachádzajú v strede galaxií. K dnešnému dňu je známych 50 galaxií, v strede ktorých sú obrovské časové a priestorové studne. Hmotnosť takýchto obrov predstavuje miliardy hmotnosti Slnka. Možno si len predstaviť, akú kolosálnu a príšernú príťažlivú silu má takáto diera.

Čo sa týka malých dier, ide o minipredmety, ktorých polomer dosahuje zanedbateľné hodnoty, len 10¯¹² cm, pričom hmotnosť takýchto omrviniek je 10¹⁴g. Takéto útvary vznikli v čase Veľkého tresku, no postupom času sa zväčšovali a dnes sa vo vesmíre chvália ako príšery. Vedci sa teraz pokúšajú obnoviť podmienky, za ktorých sa v pozemských podmienkach vytvárali malé čierne diery. Na tieto účely sa uskutočňujú experimenty v elektrónových zrážačoch, cez ktoré sa elementárne častice urýchľujú na rýchlosť svetla. Prvé experimenty umožnili v laboratórnych podmienkach získať kvark-gluónovú plazmu – hmotu, ktorá existovala na úsvite vzniku Vesmíru. Takéto experimenty nám umožňujú dúfať, že čierna diera na Zemi je len otázkou času. Iná vec je, či sa takýto výdobytok ľudskej vedy nezmení na katastrofu pre nás a pre našu planétu. Vytvorením umelej čiernej diery môžeme otvoriť Pandorinu skrinku.

Nedávne pozorovania iných galaxií umožnili vedcom objaviť čierne diery, ktorých rozmery presahujú všetky predstaviteľné očakávania a predpoklady. Evolúcia, ku ktorej dochádza pri takýchto objektoch, nám umožňuje lepšie pochopiť, prečo hmotnosť čiernych dier rastie a aký je jej skutočný limit. Vedci dospeli k záveru, že všetky známe čierne diery narástli do svojej skutočnej veľkosti v priebehu 13-14 miliárd rokov. Rozdiel vo veľkosti sa vysvetľuje hustotou okolitého priestoru. Ak má čierna diera dostatok potravy v dosahu svojich gravitačných síl, rastie míľovými krokmi a dosahuje hmotnosť stoviek či tisícok slnečných hmôt. Z toho vyplýva obrovská veľkosť takýchto objektov umiestnených v strede galaxií. Masívny zhluk hviezd, obrovské masy medzihviezdneho plynu poskytujú hojnú potravu pre rast. Keď sa galaxie spoja, čierne diery sa môžu spojiť a vytvoriť nový supermasívny objekt.

Podľa analýzy evolučných procesov je obvyklé rozlišovať dve triedy čiernych dier:

• objekty s hmotnosťou 10-násobku hmotnosti Slnka;
• masívne objekty, ktorých hmotnosť je státisíce, miliardy slnečných hmôt.

Existujú čierne diery s priemernou strednou hmotnosťou rovnajúcou sa 100-10 000 hmotnosti Slnka, ale ich povaha zostáva stále neznáma. Na jednu galaxiu pripadá približne jeden takýto objekt. Štúdium röntgenových hviezd umožnilo nájsť dve stredne ťažké čierne diery vo vzdialenosti 12 miliónov svetelných rokov v galaxii M82. Hmotnosť jedného objektu sa pohybuje v rozmedzí 200-800 hmotností Slnka. Druhý objekt je oveľa väčší a má hmotnosť 10-40 tisíc slnečných hmôt. Osud takýchto objektov je zaujímavý. Nachádzajú sa v blízkosti hviezdokôp, postupne ich priťahuje supermasívna čierna diera nachádzajúca sa v centrálnej časti galaxie.

Naša planéta a čierne diery

Napriek hľadaniu indícií o povahe čiernych dier je vedecký svet znepokojený miestom a úlohou čiernej diery v osude galaxie Mliečna dráha a najmä v osude planéty Zem. Záhyb času a priestoru, ktorý existuje v strede Mliečnej dráhy, postupne pohlcuje všetky existujúce objekty okolo seba. Čierna diera už pohltila milióny hviezd a bilióny ton medzihviezdneho plynu. Postupom času príde rad na ramená Labuť a Strelec, v ktorých sa nachádza Slnečná sústava, ktorá pokrýva vzdialenosť 27-tisíc svetelných rokov.

Ďalšia najbližšia supermasívna čierna diera sa nachádza v centrálnej časti galaxie Andromeda. Je od nás asi 2,5 milióna svetelných rokov. Pravdepodobne predtým, ako náš objekt Sagittarius A* pohltí svoju vlastnú galaxiu, by sme mali očakávať zlúčenie dvoch susedných galaxií. V súlade s tým sa dve supermasívne čierne diery spoja do jednej, strašnej a monštruóznej veľkosti.

Malé čierne diery sú úplne iná záležitosť. Na prehltnutie planéty Zem stačí čierna diera s polomerom niekoľkých centimetrov. Problém je v tom, že čierna diera je svojou povahou objekt úplne bez tváre. Z jeho útrob nevychádza žiadne žiarenie ani žiarenie, takže je dosť ťažké si takýto záhadný objekt všimnúť. Len z blízka môžete rozpoznať ohyb svetla pozadia, čo naznačuje, že v tejto oblasti vesmíru je diera vo vesmíre.

Vedci doteraz zistili, že najbližšia čierna diera k Zemi je objekt V616 Monocerotis. Monštrum sa nachádza 3000 svetelných rokov od našej sústavy. Ide o veľkú formáciu, jej hmotnosť je 9-13 slnečných hmôt. Ďalším blízkym objektom, ktorý predstavuje hrozbu pre náš svet, je čierna diera Gygnus X-1. Od tohto monštra nás delí vzdialenosť 6000 svetelných rokov. Čierne diery objavené v našom susedstve sú súčasťou binárneho systému, t.j. existujú v tesnej blízkosti hviezdy, ktorá živí nenásytný objekt.

Záver

Existencia takých záhadných a záhadných objektov vo vesmíre, akými sú čierne diery, nás určite núti byť na pozore. Avšak všetko, čo sa deje s čiernymi dierami, sa deje pomerne zriedkavo, vzhľadom na vek vesmíru a obrovské vzdialenosti. Už 4,5 miliardy rokov je slnečná sústava v pokoji a existuje podľa nám známych zákonov. Počas tejto doby sa v blízkosti Slnečnej sústavy neobjavilo nič také, ani skreslenie priestoru, ani záhyb času. Na to asi nie sú vhodné podmienky. Časť Mliečnej dráhy, v ktorej sídli hviezdny systém Slnka, je pokojná a stabilná oblasť vesmíru.

Vedci pripúšťajú, že výskyt čiernych dier nie je náhodný. Takéto objekty zohrávajú úlohu poriadkov vo vesmíre a ničia prebytočné kozmické telá. Pokiaľ ide o osud samotných príšer, ich vývoj ešte nebol úplne preskúmaný. Existuje verzia, že čierne diery nie sú večné a v určitom štádiu môžu prestať existovať. Už nie je tajomstvom, že takéto predmety predstavujú silné zdroje energie. O akú energiu ide a ako sa meria, je iná vec.

Vďaka úsiliu Stephena Hawkinga bola vede prezentovaná teória, že čierna diera stále vyžaruje energiu, pričom stráca svoju hmotnosť. Vo svojich predpokladoch sa vedec riadil teóriou relativity, kde sú všetky procesy navzájom prepojené. Nič len tak nezmizne bez toho, aby sa objavilo niekde inde. Akákoľvek hmota sa môže premeniť na inú látku, pričom jeden typ energie sa presunie na inú energetickú úroveň. To môže byť prípad čiernych dier, ktoré sú prechodovým portálom z jedného štátu do druhého.

Ak máte nejaké otázky, nechajte ich v komentároch pod článkom. My alebo naši návštevníci im radi odpovieme