Czarne dziury

\

 Czarna dziura

Czarna dziura jest tworem grawitacji, której podlegają zarówno cząstki o małych, jak i o dużych masach, a nawet światło. Największe i najjaśniejsze ciała mogą być niewidoczne, ponieważ przyciąganie jasnej gwiazdy o tej samej gęstości co Ziemia i średnicy 250 razy większej od Słońca, nie pozwoliłaby żadnemu promieniowi do nas dotrzeć. Prędkość ucieczki dla Ziemi wynosi 11,2 km/s, a zależy ona rozmiarów i masy obiektu, który ciało chce opuścić. Jeśli prędkość ucieczki przekraczałaby prędkość światła, światło takiej gwiazdy nie byłoby w stanie do nas dotrzeć. 

 Według teorii Alberta Einsteina, w silnym polu grawitacyjnym czas płynie wolniej niż w słabym. W polu tym wszystkie procesy ulegają spowolnieniu (dylatacja czasu) z punktu widzenia obserwatora, a silne pola grawitacyjne powodują zmianę geometrycznych własności przestrzeni, co oznacza, że np. suma kątów w trójkącie nie równa się 180 stopni. Czas i przestrzeń tworzą zakrzywiającą się czterowymiarową "czasoprzestrzeń". Siła grawitacji na powierzchni gwiazdy osiąga nieskończoną wartość, a kiedy rozmiary ciała zbliżają się do promienia grawitacyjnego, grawitacja zmierza do nieskończoności. W tej sytuacji nie może zostać zrównoważona przez skończone ciśnienie i ciało nieuchronnie musi się zapaść do środka, co prowadzi do powstania czarnej dziury. W jej pobliżu czas zaczyna biec coraz wolniej. 

 Materia, z której zbudowana jest zwykła gwiazda, podobna do naszego Słońca, podlega działaniu dwóch przeciwstawnych sił: grawitacji, usiłującej ścisnąć materię do centralnego punktu, i ciśnieniu gorącego gazu, próbującego rozepchnąć gwiazdę. Gwiazda jest stabilna, gdy te dwie siły się równoważą. Powierzchnia gorącej gwiazdy ciągle emituje energię. Gdy wyczerpuje się paliwo jądrowe, gwiazda nadal wypromieniowuje energię i stopniowo się kurczy. Jeśli masa gwiazdy nie przewyższa masy Słońca więcej niż 1,2 razy to kurczenie się ustaje w chwili, gdy jej promień zmniejszy się do kilku tysięcy kilometrów. Takie gwiazdy nazywamy białymi karłami. Po zamienieniu się w białego karła gwiazda nadal stygnie, ale jej promień pozostaje niezmieniony. Dalszemu kurczeniu się białego karła przeciwstawia się ciśnienie gazu. Jeśli masa gwiazdy przekroczy masę Słońca więcej niż 1,2 razy, gwiazda skurczy się do rozmiarów, przy których jest ona tak gęsta, że zaczynają odgrywać rolę pewne reakcje jądrowe pochłaniające duże ilości energii. Spowoduje to, że równowaga między siłami grawitacji i ciśnienia załamie się, a gwiazda gwałtownie się zapadnie. Wówczas może nastąpić rozbłysk supernowej - gwiazda odrzuca wtedy swoją otoczkę i zamienia się w gwiazdę neutronową. Siły grawitacji ściskają w niej materię tak bardzo, że w środku gwiazdy staje się porównywalna z gęstością jądra atomowego. Jeśli gwiazda zmniejszy rozmiary poniżej promienia grawitacyjnego, proces kurczenia trwa dalej. 

 Aby wykryć czarną dziurę wśród wygasłych gwiazd należy wykazać, że masa niewidocznego składnika przekracza wartość krytyczną. Jeśli tak jest i wynosi ona np. 5 mas Słońca, może to być tylko czarna dziura. Metoda ta nie jest jednak skuteczna. W trakcie ewolucji gaz przepływa z początkowo masywniejszego składnika do mniej masywnego, w efekcie czego widoczna gwiazda ma ostatecznie większą masę od nowo powstałej czarnej dziury. Należało więc ustalić, czy istnieje zjawisko, w którym czarna dziura odgrywałaby aktywną i jednoznaczną rolę. W przestrzeni międzygwiazdowej odkryto bardzo duże mgławice gazowe. Gdyby w takiej mgławicy znajdowała się czarna dziura, przyciągany przez nią gaz spadałby na nią, a w miarę spadania gazu w polu grawitacyjnym energia pola magnetycznego zamieniałaby się w ciepło. "Gorące" elektrony, które poruszają się w polu magnetycznym, wypromieniowują fale elektromagnetyczne, a promieniowanie częściowo zostaje złapane przez czarną dziurę. Większość energii rejestrowanej przez odległego obserwatora jest emitowana w odległości kilku promieni grawitacyjnych od jej środka. Na drodze ku czarnej dziurze gorący gaz wysyła w jej przestrzeń energię. 

 Czarne dziury nie są wieczne, gdyż mogą one wyparowywać w wyniku procesów kwantowych zachodzących w silnych polach grawitacyjnych. W próżni przestrzeń jest wypełniona nienarodzonymi wirtualnymi cząstkami i antycząstkami. Jeśli nie jest im przekazywana żadna energia, nie mogą się one zamieniać w realne cząstki. Po skurczeniu się naładowanego elektrycznie ciała i powstaniu czarnej dziury pole elektryczne ulega takiemu wzmocnieniu, że zaczynają powstawać pary elektron - pozyton. Kreacja par przez pole elektryczne jest możliwa również bez udziału czarnej dziury. W takim wypadku pole musi jednak zostać wzmocnione. 

          Czy czarne dziury naprawdę istnieją?                             

Naukowcy są w większości zszokowani ostatnim twierdzeniem genialnego fizyka Stephena Hawkinga, który oświadczył, że nie ma czegoś takiego jak czarne dziury. Twierdzi on, że można raczej mówić o szarych studniach grawitacyjnych.

Stephen Hawking to człowiek, który praktycznie stworzył teorię czarnych dziur, a teraz proponuje on dokonanie przeglądu niektórych z jej podstawowych założeń. W swoim artykule, który jest dostępny w bibliotece elektronicznej Cornell University, sugeruje on, że tak zwany horyzont zdarzeń czarnej dziury może rzeczywiście nie istnieć.

Zgodnie z klasyczną teorią, obecność horyzontu zdarzeń, jest jedną z głównych cech czarnych dziur. Miała to być granica, po przekroczeniu której grawitacja staje się tak wielka, że ​​ucieczka z czarnej dziury może być dokonana tylko szybciej niż z prędkością światła.  Ale biorąc pod uwagę, że jest to niemożliwe taka studnia grawitacyjna miała nie wypuszczać niczego, włącznie ze światłem i stąd jej określenie jako obiektu nieskończenie czarnego.

Amerykański fizyk Joseph Polchinski już w 2012 roku wywnioskował na podstawie teorii kwantów, że na horyzoncie zdarzeń powinna istnieć swoista "ściana ognia", składająca się ze strumieni promieniowania i cząstek o wysokiej energii.  Jest to fundamentalnie sprzeczne z ideami Einsteina.

Aby rozwiązać ten oczywisty paradoks, Hawking zaproponował, aby porzucić ideę horyzontu zdarzeń.  Według niego, nie może istnieć coś takiego jak "widoczny horyzont", który może w pewnym momencie zniknąć, pozwalając wyjść poza to, co jest w środku czarnej dziury.

Zdaniem Hawkinga pełne wyjaśnienie tego fenomenu wymaga spójnej teorii, która z sukcesem łączy grawitację z innymi fundamentalnymi siłami natury, a tej nadal brakuje. Profesor Hawking zaproponował, aby zmienić podejście i zamiast o czarny dziurach, mówić o szarych, które są w stanie przytrzymać na jakiś czas zarówno materię jak i energię, która potem jest uwalniana z powrotem w przestrzeń kosmiczną.

Źródło:  Tylko astronomia