Černá díra je prostorový jev extrémně vysokých rozměrů (obvykle větší než slunce) a hmotný extrémně kompaktní, výsledkem je gravitační pole tak silné, že žádné částice ani záření dokáže vystoupit.
Jelikož je nasáváno dokonce i světlo, o přítomnosti černé díry svědčí pozorovatelné gravitační důsledky. v jeho okolí, zejména změnami na oběžné dráze blízkých nebeských těles, která začínají být přitahována k díře Černá.
Astronomové a vědci navíc tvrdí, že černou díru lze pozorovat díky její emisi světla.
První snímek černé díry
První snímek černé díry o průměru 40 miliard kilometrů, která se nachází v galaxii M87, 50 milionů světelných let od Země. Foto: událost Horizont Telescope.
První snímek černé díry byl zveřejněn v dubnu 2019 na konferenci v Bruselu. Bylo zjištěno, po 2 letech pozorování a výzkumu, mezinárodním projektem s názvem Událost Horizon Telescope (EHT), který sdružuje téměř tucet radioteleskopů na světě, od Evropy po pól Jižní.
Na snímku je jedinou viditelnou částí černé díry zlatý kruh nazvaný astronomy "
horizont událostí " (horizont událostí v portugalštině) nebo „místo, odkud není návratu“.Ve středu horizontu událostí je nevyčíslitelná hmotnostní hustota, nazývaná singularita. Gravitace tohoto bodu je tak silná, že žádné okolní objekty nemohou uniknout.
Teoreticky gravitačnímu poli černé díry odolávalo jen něco, co se pohybovalo rychleji než rychlost světla. Z tohoto důvodu není možné s jistotou vědět, co se stane s nasávanou hmotou.
Jak vzniká černá díra?
Černé díry vznikají z gravitačního kolapsu nebeských těles. K těmto jevům dochází, když vnitřní tlak tělesa (obvykle hvězd) není dostatečný k udržení vlastní hmotnosti. Takže když se jádro hvězdy zhroutí v důsledku gravitace, nebeské těleso exploduje a uvolní obrovské množství energie v případě známé jako supernova.
Reprezentativní obraz supernovy.
Během supernovy je za zlomek sekundy celá hmota hvězdy stlačena do svého jádra, když se pohybuje k přibližně 1/4 rychlosti světla (ve skutečnosti jsou to právě v tomto okamžiku nejtěžší prvky ve vesmíru vytvořeno).
Poté výbuch způsobí a neutronová hvězda nebo pokud je hvězda dostatečně velká, výsledkem bude vznik černé díry, jejíž astronomické množství koncentrované hmoty vytváří výše uvedené gravitační pole. V něm musí být úniková rychlost (rychlost potřebná k tomu, aby nějaká částice nebo záření odolávaly přitažlivosti), musí být alespoň větší než rychlost světla.
Jak velká je černá díra?
Černé díry mají různé velikosti. Nejmenší známé vědě se nazývají prvotní černé díry a předpokládá se, že mají velikost atomu, ale celkovou hmotnost hory.
Střední černé díry (jejichž hmotnost je až 20krát větší než celková hmotnost Slunce) se nazývají hvězdné. V této kategorii je nejmenší objevená černá díra 3,8krát větší než sluneční hmota.
Největší katalogizované černé díry se nazývají supermasivy, které se často nacházejí ve středu galaxií. Například uprostřed Mléčné dráhy je Střelec A, černá díra s hmotností ekvivalentní 4 milionům hmotností Slunce.
Doposud se největší známá černá díra nazývá S50014 + 81, jejíž hmotnost je čtyřicetkrát větší než hmotnost Slunce.
Typy černých děr
Německý teoretický fyzik Albert Einstein formuloval soubor hypotéz týkajících se gravitace, který sloužil jako základ pro vznik moderní fyziky. Tato sada nápadů byla pojmenována Obecná teorie relativity, ve kterém vědec provedl několik průkopnických pozorování o gravitačních účincích černých děr.
Pro Einsteina jsou černé díry „deformace v časoprostoru způsobené obrovským množstvím koncentrované hmoty“. Jeho teorie podporovaly rychlý pokrok v této oblasti a umožnily klasifikaci různých typů černých děr:
Schwarzschildova černá díra
Schwarzschildovy černé díry jsou ty, které nemají elektrický náboj a také nemají moment hybnosti, to znamená, že se neotáčejí kolem své osy.
Černá díra Kerr
Černé díry Kerr nemají elektrický náboj, ale rotují kolem své osy.
Černá díra Reissner-Nordstrom
Černé díry Reissner-Nordstrom nesou elektrický náboj, ale neotáčejí se kolem své osy.
Černá díra Kerr-Newman
Černé díry Kerr-Newmana nesou elektrický náboj a rotují kolem své osy.
Teoreticky se ze všech druhů černých děr stanou černé díry Schwarzschildovy (statické a nenabité), když ztratí dostatek energie a přestanou rotovat. Tento jev je znám jako Penrosův proces. V takových případech je jediný způsob, jak odlišit jednu Schwarzschildovu černou díru od druhé, změřením její hmotnosti.
Struktura černé díry
Černé díry jsou neviditelné, protože jejich gravitační pole je nevyhnutelné i pro světlo. Černá díra má tedy vzhled tmavého povrchu, od kterého se nic neodráží, a neexistují žádné důkazy o tom, co se stane s prvky, které jsou do ní nasávány. Počínaje pozorováním účinků, které způsobují ve svém okolí, však věda strukturuje černé díry do horizontu událostí, singularity a ergosféry.
Horizont událostí
Hranice gravitačního pole černé díry, ze které není nic pozorováno, se nazývá horizont událostí nebo bod odkud není návratu.
Grafické znázornění horizontu událostí poskytnuté NASA, ve kterém je pozorována dokonalá koule, ze které není emitováno žádné světlo.
Přestože jsou ve skutečnosti pouhými gravitačními důsledky, horizont událostí je považován za součást struktury černé díry, protože je počátkem pozorovatelné oblasti jevu.
Je známo, že jeho tvar je dokonale sférický ve statických černých dírách a šikmý v rotujících černých dírách.
Protože gravitační dilatace času, vliv, který hmota černé díry působí na časoprostor, způsobí, že horizont událostí, dokonce i mimo jeho rozsah, bude mít následující účinky:
- Vzdálenému pozorovateli by se hodiny poblíž horizontu událostí pohybovaly pomaleji než o jeden dál. Jakýkoli objekt, který je nasáván do černé díry, se tedy zdá, že zpomaluje, dokud se nezdá, že je ochromen v čase.
- Pro vzdáleného pozorovatele by objekt blížící se k horizontu událostí přijal načervenalý odstín, důsledek fyzikální jev známý jako červený posuv, protože frekvence světla je snížena gravitačním polem díry Černá.
- Z pohledu objektu by čas plynul zrychlenou rychlostí pro celý vesmír, zatímco pro vás by čas plynul normálně.
Jedinečnost
Střed černé díry, kde se hmota hvězdy nekonečně koncentruje, se nazývá singularita, o které se ví jen málo. Teoreticky singularita obsahuje celkovou hmotnost zhroucené hvězdy plus hmotnost všech těles nasávaných gravitačním polem, ale nemá žádný objem ani povrch.
Ergosféra
Ergosféra je zóna obklopující horizont událostí v rotujících černých dírách, ve kterých je nemožné, aby nebeské těleso zůstalo nehybné.
Podle Einsteinovy relativity má jakýkoli rotující objekt tendenci přetahovat časoprostor blízko k němu. V rotující černé díře je tento efekt tak silný, že by vyžadovalo, aby se nebeské těleso pohybovalo v opačném směru rychlostí větší než je rychlost světla, aby zůstalo nehybné.
Je důležité nezaměňovat efekty ergosféry s efekty horizontu událostí. Ergosféra nepřitahuje objekty gravitačním polem. Všechno, co s ním přijde do kontaktu, bude tedy přemístěno pouze v časoprostoru a bude přitahováno, pouze pokud překročí horizont událostí.
Teorie černých děr Stephena Hawkinga
Stephen Hawking byl jedním z nejvlivnějších fyziků a kosmologů 20. a 21. století. Mezi jeho četnými příspěvky Hawking vyřešil několik vět navrhovaných Einsteinem přispěl k teorii, že vesmír začal v singularitě, a dále posílil volání Teorie velkého třesku.
Hawking také věřil, že černé díry nejsou úplně černé, ale vyzařují malé množství tepelného záření. Tento efekt byl ve fyzice známý jako Hawkingovo záření. Tato teorie předpovídá, že černé díry by po uvolnění radiace ztratily hmotu a v extrémně pomalém procesu by se zmenšily, dokud nezmizely.
Podívejte se také:
- Teorie relativity
- Gravitace
- velký třesk
