Črna luknja je prostorski pojav izredno velikih razsežnosti (običajno večji od sonca) in z maso izjemno kompakten, zaradi česar je gravitacijsko polje tako močno, da ni delcev ali sevanja uspe priti ven.
Ker je vsesana celo svetloba, o prisotnosti črne luknje pričajo opazne gravitacijske posledice. v svoji okolici, zlasti zaradi sprememb orbite bližnjih nebesnih teles, ki jih luknja začne privlačiti Črna.
Poleg tega astronomi in znanstveniki trdijo, da je črno luknjo mogoče opaziti zaradi njene emisije svetlobe.
Prva slika črne luknje
Prva slika črne luknje s premerom 40 milijard kilometrov, ki se nahaja v galaksiji M87, 50 milijonov svetlobnih let od Zemlje. Foto: dogodek teleskopa Horizont.
Prva slika črne luknje je bila objavljena aprila 2019 na konferenci v Bruslju. Po dveh letih opazovanja in raziskav ga je ugotovil mednarodni projekt z imenom Event Horizon Telescope (EHT), ki združuje skoraj ducat radijskih teleskopov na svetu, od Evrope do Pola Južno.
Na sliki je edini vidni del črne luknje zlati krog, ki so ga poklicali astronomi "
obzorje dogodkov " (obzorje dogodkov v portugalščini) ali "točka brez povratka."V središču obzorja dogodkov je neizmerljiva gostota mase, imenovana singularnost. Teža te točke je tako močna, da nobeni okoliški predmeti ne morejo uiti.
V teoriji se lahko gravitacijskemu polju črne luknje upre le nekaj, kar se premika hitreje od svetlobne hitrosti. Iz tega razloga ni mogoče zagotovo vedeti, kaj se zgodi s sesano zadevo.
Kako nastane črna luknja?
Črne luknje nastanejo zaradi gravitacijskih propadov nebesnih teles. Ti pojavi se pojavijo, kadar notranji pritisk telesa (običajno zvezd) ni zadosten za ohranitev lastne mase. Torej, ko zvezdno jedro propade zaradi gravitacije, nebesno telo eksplodira in sprosti ogromne količine energije v primeru, znanem kot supernova.
Reprezentativna podoba supernove.
Med supernovo se v delčku sekunde celotna masa zvezde stisne v svoje jedro, ko se premakne v približno 1/4 hitrosti svetlobe (prav v tem trenutku so najtežji elementi v vesolju ustvarjen).
Potem bo eksplozija povzročila a nevtronska zvezda ali če je zvezda dovolj velika, bo rezultat nastanek črne luknje, katere astronomska količina koncentrirane mase ustvarja omenjeno gravitacijsko polje. V njem mora biti hitrost pobega (hitrost, potrebna za delce ali sevanje, da se uprejo privlačnosti) vsaj večja od svetlobne hitrosti.
Kako velika je črna luknja?
Črne luknje so različnih velikosti. Najmanjše, znane znanosti, se imenujejo prvotne črne luknje in naj bi bile velikosti atoma, vendar s skupno maso gore.
Srednje črne luknje (katerih masa je do 20-krat večja od skupne mase sonca) imenujemo zvezdne. V tej kategoriji je najmanjša odkrita črna luknja 3,8-krat večja od sončne mase.
Največje katalogizirane črne luknje imenujemo supermasive, ki jih pogosto najdemo v središču galaksij. Na primer, v središču Rimske ceste je Strelec A, črna luknja z maso, ki ustreza 4 milijonom masi sonca.
Do zdaj se imenuje največja znana črna luknja S50014 + 81, katere masa je štirideset milijard krat večja od mase sonca.
Vrste črnih lukenj
Nemški teoretični fizik Albert Einstein je oblikoval niz hipotez, povezanih z gravitacijo, ki so služile kot osnova za nastanek sodobne fizike. Ta sklop idej je bil imenovan Splošna teorija relativnosti, v katerem je znanstvenik izvedel več revolucionarnih opažanj o gravitacijskih učinkih črnih lukenj.
Za Einsteina so črne luknje "deformacije v prostoru-času, ki jih povzroča ogromna količina koncentrirane snovi". Njegove teorije so spodbujale hiter napredek na tem področju in omogočile razvrstitev različnih vrst črnih lukenj:
Schwarzschildova črna luknja
Schwarzschildove črne luknje so tiste, ki nimajo električnega naboja in tudi nimajo kotnega zagona, torej se ne vrtijo okoli svoje osi.
Kerrova črna luknja
Kerrove črne luknje nimajo električnega naboja, ampak se vrtijo okoli svoje osi.
Črna luknja Reissner-Nordstrom
Črne luknje Reissner-Nordstrom imajo električni naboj, vendar se ne vrtijo okoli svoje osi.
Kerr-Newmanova črna luknja
Kerr-Newmanove črne luknje nosijo električni naboj in se vrtijo okoli svoje osi.
V teoriji vse vrste črnih lukenj sčasoma postanejo Schwarzschild (statične in nenapolnjene) črne luknje, ko izgubijo dovolj energije in se nehajo vrteti. Ta pojav je znan kot Penroseov proces. V takih primerih je edini način, kako razlikovati eno Schwarzschildovo črno luknjo od druge, merjenje njene mase.
Struktura črne luknje
Črne luknje so nevidne, saj je njihovo gravitacijsko polje neizogibno niti za svetlobo. Tako ima črna luknja videz temne površine, od katere se nič ne odbije, in ni dokazov, kaj se zgodi z elementi, ki so vanjo vsesani. Izhajajoč iz opazovanja učinkov, ki jih povzročajo v svoji okolici, znanost strukturira črne luknje v obzorje dogodkov, singularnost in ergosfero.
Obzorje dogodkov
Mejo gravitacijskega polja črne luknje, s katere se nič ne opazi, imenujemo horizont dogodkov oz točka brez povratka.
Grafični prikaz obzorja dogodkov, ki ga je zagotovila NASA, v katerem je opazna popolna krogla, iz katere ne oddaja svetlobe.
Kljub temu, da gre v resnici le za gravitacijske posledice, se obzorje dogodkov šteje za del strukture črne luknje, ker je začetek opazovanega območja pojava.
Znano je, da je njegova oblika popolnoma statična v statičnih črnih luknjah in poševna v vrtljivih črnih luknjah.
Ker gravitacijsko dilatacijo časa, vpliv, ki ga ima masa črne luknje na prostor-čas, povzroči, da ima obzorje dogodkov, tudi zunaj njenega obsega, naslednje učinke:
- Za oddaljenega opazovalca bi se ura v bližini obzorja dogodkov pomikala počasneje kot dlje. Tako se zdi, da se vsak predmet, ki se vpije v črno luknjo, upočasni, dokler ni videti, da je pravočasno ohromljen.
- Za oddaljenega opazovalca bi objekt, ki se približuje obzorju dogodkov, imel rdečkast odtenek, kar je posledica fizični pojav, znan kot rdeči premik, saj se frekvenca svetlobe zmanjša zaradi gravitacijskega polja luknje Črna.
- Z vidika predmeta bi čas tekel pospešeno za celotno vesolje, medtem ko bi za vas čas tekel normalno.
Edinstvenost
Središče črne luknje, kjer se je masa zvezde neskončno zgostila, imenujemo singularnost, o kateri je malo znanega. Teoretično singularnost vsebuje skupno maso zrušene zvezde plus maso vseh teles, ki jih vpije gravitacijsko polje, vendar nima prostornine ali površine.
Ergosfera
Ergosfera je območje, ki obkroža horizont dogodkov v rotirajočih črnih luknjah, v katerem je nebesno telo nemogoče ostati v mirujočem položaju.
Tudi v skladu z Einsteinovo relativnostjo se kateri koli vrtljivi predmet vleče ves čas in čas blizu sebe. V vrteči se črni luknji je ta učinek tako močan, da bi nebesno telo zahtevalo gibanje v nasprotni smeri s hitrostjo, večjo od svetlobne, da bi ostalo mirujoče.
Pomembno je, da učinkov ergosfere ne zamenjate z učinki obzorja dogodkov. Ergosfera ne privlači predmetov z gravitacijskim poljem. Tako bo vse, kar pride v stik z njim, premaknjeno le v prostor-čas in privlačeno le, če bo prestopilo obzorje dogodkov.
Teorije črnih lukenj Stephena Hawkinga
Stephen Hawking je bil eden najvplivnejših fizikov in kozmologov 20. in 21. stoletja. Med svojimi številnimi prispevki je Hawking rešil več izrekov, ki jih je predlagal Einstein prispeval k teoriji, da se je vesolje začelo v singularnosti, kar je dodatno okrepilo pokličite Teorija velikega poka.
Hawking je tudi verjel, da črne luknje niso popolnoma črne, ampak oddajajo majhne količine toplotnega sevanja. Ta učinek je bil v fiziki znan kot Hawkingovo sevanje. Ta teorija napoveduje, da bi črne luknje z izpuščenim sevanjem izgubile maso in se v izjemno počasnem postopku skrčile, dokler ne izginejo.
Glej tudi:
- Teorija relativnosti
- Gravitacija
- veliki pok
