Čierna diera je priestorový jav extrémne vysokých rozmerov (zvyčajne väčší ako slnko) a hmotný extrémne kompaktné, výsledkom čoho je gravitačné pole také silné, že v ňom nie sú žiadne častice ani žiarenie podarí sa dostať von.
Pretože je nasávané dokonca aj svetlo, o prítomnosti čiernej diery svedčia pozorovateľné gravitačné následky. v jeho okolí, najmä zmenami obežných dráh blízkych nebeských telies, ktoré začínajú priťahovať dieru čierna.
Astronómovia a vedci navyše tvrdia, že čiernu dieru možno pozorovať vďaka jej emisii svetla.
Prvý obrázok čiernej diery
Prvý obrázok čiernej diery s priemerom 40 miliárd kilometrov, ktorá sa nachádza v galaxii M87, 50 miliónov svetelných rokov od Zeme. Foto: udalosť Horizont Telescope.
Prvý obraz čiernej diery bol zverejnený v apríli 2019 na konferencii v Bruseli. Po 2 rokoch pozorovania a výskumu ho našiel medzinárodný projekt s názvom Event Horizon Telescope (EHT), ktorý združuje takmer tucet rádiových ďalekohľadov na svete, od Európy po pól. Juh.
Na snímke je jedinou viditeľnou časťou čiernej diery zlatý kruh, ktorý nazývajú astronómovia „
Horizont udalostí" (Horizont udalostí v portugalčine) alebo „bod, z ktorého niet návratu“.V strede horizontu udalostí je nevyčísliteľná hustota hmoty, ktorá sa nazýva singularita. Gravitácia tohto bodu je taká silná, že nemôžu uniknúť žiadne okolité objekty.
Teoreticky gravitačnému poľu čiernej diery odolávalo iba niečo, čo sa pohybovalo rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Z tohto dôvodu nie je možné s istotou vedieť, čo sa stane s odsávanou hmotou.
Ako vzniká čierna diera?
Čierne diery sa tvoria z gravitačných kolapsov nebeských telies. Tieto javy sa vyskytujú, keď vnútorný tlak tela (zvyčajne hviezd) nie je dostatočný na udržanie vlastnej hmotnosti. Takže keď sa jadro hviezdy zrúti v dôsledku gravitácie, nebeské teleso exploduje a uvoľní obrovské množstvo energie v prípade známom ako supernova.
Reprezentatívny obraz supernovy.
Počas supernovy je za zlomok sekundy celá hmota hviezdy stlačená do svojho jadra, keď sa pohybuje k približne 1/4 rýchlosti svetla (v skutočnosti sú to práve v tomto okamihu najťažšie prvky vo vesmíre vytvorené).
Potom výbuch spôsobí a neutrónová hviezda alebo, ak je hviezda dostatočne veľká, výsledkom bude vznik čiernej diery, ktorej astronomické množstvo koncentrovanej hmoty vytvára spomínané gravitačné pole. V ňom musí byť úniková rýchlosť (rýchlosť potrebná na to, aby niektoré častice alebo žiarenie odolávali príťažlivosti), musí byť minimálne vyššia ako rýchlosť svetla.
Aká veľká je čierna diera?
Čierne diery majú rôzne veľkosti. Najmenšie známe vedy sa nazývajú prvotné čierne diery a predpokladá sa, že majú veľkosť atómu, ale majú celkovú hmotnosť hory.
Stredné čierne diery (ktorých hmotnosť je až 20-násobok celkovej hmotnosti slnka) sa nazývajú hviezdne. V tejto kategórii je najmenšia objavená čierna diera 3,8-násobok slnečnej hmotnosti.
Najväčšie katalogizované čierne diery sa nazývajú supermasívy, ktoré sa často nachádzajú v strede galaxií. Napríklad v strede Mliečnej dráhy je Strelec A, čierna diera s hmotnosťou zodpovedajúcou 4 miliónom násobkom hmotnosti slnka.
Zatiaľ najväčšia známa čierna diera sa volá S50014 + 81, ktorej hmotnosť je štyridsať miliárdkrát väčšia ako hmotnosť Slnka.
Typy čiernych dier
Nemecký teoretický fyzik Albert Einstein sformuloval súbor hypotéz týkajúcich sa gravitácie, ktorý slúžil ako základ pre vznik modernej fyziky. Táto skupina nápadov bola pomenovaná Všeobecná teória relativity, v ktorom vedec uskutočnil niekoľko priekopníckych pozorovaní o gravitačných účinkoch čiernych dier.
Pre Einsteina sú čierne diery „deformácie v časopriestore spôsobené masívnym množstvom koncentrovanej hmoty“. Jeho teórie podporovali rýchly pokrok v tejto oblasti a umožňovali klasifikáciu rôznych typov čiernych dier:
Schwarzschildova čierna diera
Schwarzschildove čierne diery sú tie, ktoré nemajú elektrický náboj a tiež nemajú moment hybnosti, to znamená, že sa neotáčajú okolo svojej osi.
Kerrova čierna diera
Čierne diery Kerr nemajú elektrický náboj, ale rotujú okolo svojej osi.
Čierna diera Reissner-Nordstrom
Čierne diery Reissner-Nordstrom nesú elektrický náboj, ale neotáčajú sa okolo svojej osi.
Kerr-Newmanova čierna diera
Čierne diery Kerr-Newmana nesú elektrický náboj a rotujú okolo svojej osi.
Teoreticky sa všetky druhy čiernych dier nakoniec stanú Schwarzschildovými (statickými a nenabitými) čiernymi dierami, keď stratia dostatok energie a prestanú rotovať. Tento jav je známy ako Penrosov proces. V takýchto prípadoch je jediný spôsob, ako odlíšiť jednu Schwarzschildovu čiernu dieru od druhej, meraním jej hmotnosti.
Štruktúra čiernej diery
Čierne diery sú neviditeľné, pretože ich gravitačné pole je nevyhnutné aj pre svetlo. Čierna diera teda má vzhľad tmavého povrchu, od ktorého sa nič neodráža a neexistujú dôkazy o tom, čo sa stane s prvkami, ktoré sú do nej nasávané. Avšak od pozorovania účinkov, ktoré spôsobujú vo svojom okolí, veda štruktúruje čierne diery do horizontu udalostí, singularity a ergosféry.
Horizont udalostí
Hranica gravitačného poľa čiernej diery, od ktorej nie je nič pozorované, sa nazýva horizont udalostí resp bod z ktorého niet návratu.
Grafické znázornenie horizontu udalostí poskytnuté NASA, v ktorom je pozorovaná dokonalá guľa, z ktorej nevychádza žiadne svetlo.
Napriek tomu, že sú to v skutočnosti iba gravitačné dôsledky, horizont udalostí sa považuje za súčasť štruktúry čiernej diery, pretože predstavuje začiatok pozorovateľnej oblasti tohto javu.
Je známe, že jeho tvar je dokonale sférický v statických čiernych dierach a šikmý v rotujúcich čiernych dierach.
Pretože gravitačná dilatácia času, vplyv hmoty čiernej diery na časopriestor spôsobuje, že horizont udalostí, dokonca aj mimo jeho rozsah, má nasledujúce účinky:
- Vzdialenému pozorovateľovi by sa hodiny v blízkosti horizontu udalostí posúvali pomalšie ako o jednu ďalej. Zdá sa teda, že akýkoľvek objekt, ktorý je nasatý do čiernej diery, spomalí, až sa zdá, že je ochromený v čase.
- Pre vzdialeného pozorovateľa by objekt blížiaci sa k horizontu udalostí nadobudol červenkastý odtieň, dôsledok fyzikálny jav známy ako červený posun, pretože frekvencia svetla sa znižuje gravitačným poľom otvoru čierna.
- Z pohľadu objektu by čas plynul zrýchleným tempom pre celý vesmír, zatiaľ čo pre vás by čas plynul normálne.
Jedinečnosť
Stred čiernej diery, kde sa hmota hviezdy nekonečne sústredila, sa nazýva singularita, o ktorej sa vie len málo. Teoreticky singularita obsahuje celkovú hmotnosť zrútenej hviezdy plus hmotnosť všetkých telies nasávaných gravitačným poľom, ale nemá žiadny objem ani povrch.
Ergosféra
Ergosféra je zóna, ktorá obklopuje horizont udalostí v rotujúcich čiernych dierach, v ktorých je nemožné, aby nebeské teleso zostalo nehybné.
Podľa Einsteinovej relativity má každý rotujúci objekt tendenciu ťahať časopriestor blízko k nemu. V rotujúcej čiernej diere je tento efekt taký silný, že by bolo potrebné, aby sa nebeské teleso pohybovalo v opačnom smere rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla, aby zostalo nehybné.
Je dôležité nezamieňať si účinky ergosféry s účinkami horizontu udalostí. Ergosféra nepriťahuje objekty gravitačným poľom. Všetko, čo s ním príde do kontaktu, bude teda premiestnené iba v časopriestore a bude priťahované, iba ak prekročí horizont udalostí.
Teórie čiernych dier Stephena Hawkinga
Stephen Hawking bol jedným z najvplyvnejších fyzikov a kozmológov 20. a 21. storočia. Medzi jeho početnými príspevkami Hawking vyriešil niekoľko viet navrhnutých Einsteinom prispel k teórii, že vesmír začal v singularite, čím ďalej posilnil hovor Teória veľkého tresku.
Hawking tiež veril, že čierne diery nie sú úplne čierne, ale vyžarujú malé množstvo tepelného žiarenia. Tento efekt bol vo fyzike známy ako Jastrabie žiarenie. Táto teória predpovedá, že čierne diery stratia hmotu s uvoľneným žiarením a v extrémne pomalom procese sa zmenšia, kým nezmiznú.
Pozri tiež:
- Teória relativity
- Gravitácia
- veľký tresk