Црна рупа је просторни феномен изузетно великих пропорција (обично већих од сунца) и масе изузетно компактан, што резултира гравитационим пољем толико јаким да нема честица или зрачења успева да се извуче.
Будући да се упија чак и светлост, присуство црне рупе доказују видљиве гравитационе последице. у својој околини, посебно променама орбите оближњих небеских тела, која почињу да привлаче рупа црн.
Поред тога, астрономи и научници тврде да црна рупа може бити уочљива због емисије светлости.
Прва слика црне рупе
Прва слика црне рупе пречника 40 милијарди километара која се налази у Галаксији М87, на 50 милиона светлосних година од Земље. Фото: догађај телескопа Хоризонт.
Прва слика црне рупе објављена је у априлу 2019. године на конференцији у Бриселу. Пронашао га је, након две године посматрања и истраживања, међународни пројекат под називом Евент Хоризон Телесцопе (ЕХТ), који окупља готово десетак радио-телескопа у свету, од Европе до пола Југ.
На слици је једини видљиви део црне рупе златни круг, који су астрономи позвали "
хоризонт догађаја " (хоризонт догађаја на португалском) или „тачка без повратка“.У средишту хоризонта догађаја налази се несагледива густина масе, која се назива сингуларност. Гравитација ове тачке је толико јака да ниједан околни предмет не може побећи.
У теорији, само нешто што се креће брже од брзине светлости могло је да се одупре гравитационом пољу црне рупе. Из тог разлога није могуће поуздано знати шта се дешава са материјом која је усисана.
Како настаје црна рупа?
Црне рупе настају од гравитационих колапса небеских тела. Ови феномени се јављају када унутрашњи притисак тела (обично звезда) није довољан да одржи сопствену масу. Дакле, када се језгро звезде сруши услед гравитације, небеско тело експлодира ослобађајући огромне количине енергије у случају познатом као супернова.
Репрезентативна слика супернове.
Током супернове, у делићу секунде, целокупна маса звезде се сабија у њено језгро док се креће ка приближно 1/4 брзине светлости (у ствари, управо у овом тренутку су најтежи елементи у универзуму створена).
Тада ће експлозија створити а неутронска звезда или, ако је звезда довољно велика, резултат ће бити стварање црне рупе, чија астрономска количина концентрисане масе ствара претходно поменуто гравитационо поље. У њему брзина бекства (брзина потребна за неку честицу или зрачење да се одупру привлачењу) мора бити најмање већа од брзине светлости.
Колико је велика црна рупа?
Црне рупе су различитих величина. Најмање познате науци називају се исконске црне рупе и верује се да су величине атома, али са укупном масом планине.
Средње црне рупе (чија је маса и до 20 пута већа од укупне масе сунца) називају се звезданим. У овој категорији најмања откривена црна рупа је 3,8 пута већа од Сунчеве масе.
Највеће каталогизиране црне рупе називају се супермасивима, често у средишту галаксија. На пример, у центру Млечног пута је Стрелац А, црна рупа са масом еквивалентном 4 милиона пута већој од масе сунца.
До сада се највећа позната црна рупа назива С50014 + 81, чија је маса четрдесет милијарди пута већа од масе сунца.
Врсте црних рупа
Немачки теоријски физичар Алберт Ајнштајн формулисао је низ хипотеза повезаних са гравитацијом које су послужиле као основа за настанак модерне физике. Овај скуп идеја је добио име Општа теорија релативности, у којем је научник изнео неколико револуционарних запажања о гравитационим ефектима црних рупа.
За Ајнштајна су црне рупе „деформације у простору-времену изазване огромном количином концентроване материје“. Његове теорије су промовисале брз напредак у том подручју и омогућиле класификацију различитих врста црних рупа:
Сцхварзсцхилд црна рупа
Сцхварзсцхилд црне рупе су оне које немају електрично наелектрисање, а такође немају ни угаони момент, односно не ротирају се око своје осе.
Керрова црна рупа
Керрове црне рупе немају електрични набој већ се окрећу око своје осе.
Реисснер-Нордстром црна рупа
Реисснер-Нордстром црне рупе носе електрични набој, али се не окрећу око своје осе.
Керр-Невман црна рупа
Керр-Невманове црне рупе носе електрични набој и ротирају се око своје осе.
У теорији, све врсте црних рупа на крају постају Сцхварзсцхилд (статичне и ненаелектрисане) црне рупе када изгубе довољно енергије и престану да се окрећу. Ова појава је позната као Пенросе процес. У таквим случајевима, једини начин да се разликује једна Сцхварзсцхилдова црна рупа од друге је мерењем њене масе.
Структура црне рупе
Црне рупе су невидљиве, јер је њихово гравитационо поље неизбежно чак ни за светлост. Дакле, црна рупа има изглед тамне површине од које се ништа не одражава и нема доказа шта се дешава са елементима који су у њу усисани. Међутим, полазећи од посматрања ефеката које узрокују у свом окружењу, наука структурира црне рупе у хоризонт догађаја, сингуларност и ергосферу.
Хоризонт догађаја
Граница гравитационог поља црне рупе са које се ништа не посматра назива се хоризонтом догађаја или тачка без повратка.
Графички приказ хоризонта догађаја, обезбедио НАСА, у коме се посматра савршена сфера са које се не емитује светлост.
Иако су у ствари само гравитационе последице, хоризонт догађаја се сматра делом структуре црне рупе јер је то почетак видљивог подручја феномена.
Познато је да је његов облик савршено сферичан у статичним црним рупама и коси у ротирајућим црним рупама.
Јер гравитационо ширење времена, утицај који маса црне рупе врши на простор-време узрокује да хоризонт догађаја, чак и изван његовог домета, има следеће ефекте:
- Далеком посматрачу сат у близини хоризонта догађаја кретао би се спорије него један даље. Тако би се чинило да се сваки предмет који се усисава у црну рупу успорава све док не изгледа парализован на време.
- За удаљеног посматрача, објекат који се приближава хоризонту догађаја попримио би црвенкасту нијансу, што је последица физички феномен познат као црвени помак, јер се фреквенција светлости смањује гравитационим пољем рупе црн.
- Са тачке гледишта објекта, време би пролазило убрзаном брзином за читав универзум, док би за вас време пролазило нормално.
Сингуларност
Средишња тачка црне рупе, где се звездана маса постала бескрајно концентрисана, назива се сингуларношћу, о којој се мало зна. У теорији, сингуларитет садржи укупну масу срушене звезде, плус масу свих тела усисаних гравитационим пољем, али нема запремину или површину.
Ергосфера
Ергосфера је зона која окружује хоризонт догађаја у ротирајућим црним рупама, у којој је немогуће да небеско тело остане у мировању.
Такође према Ајнштајновој релативности, било који ротирајући објекат тежи да повуче простор-време близу себе. У ротирајућој црној рупи овај ефекат је толико јак да би небеском телу било потребно да се креће у супротном смеру брзином већом од брзине светлости да би остало у мировању.
Важно је не мешати ефекте ергосфере са ефектима хоризонта догађаја. Ергосфера не привлачи предмете гравитационим пољем. Дакле, све што дође у контакт са њим биће расељено само у простор-времену и привући ће се само ако пређе хоризонт догађаја.
Теорије црних рупа Степхена Хавкинга
Стивен Хокинг је био један од најутицајнијих физичара и космолога 20. и 21. века. Међу својим бројним доприносима, Хокинг је решио неколико теорема које је предложио Ајнштајн допринео је теорији да је универзум почео у сингуларности, додатно ојачавајући позива Теорија Великог праска.
Хокинг је такође веровао да црне рупе нису потпуно црне већ емитују мале количине топлотног зрачења. Овај ефекат је био познат у физици као Хокингово зрачење. Ова теорија предвиђа да ће црне рупе губити масу с ослобођеним зрачењем и, у изузетно спором процесу, смањивати се док не нестану.
Погледајте такође:
- Теорија релативности
- Гравитација
- Велики прасак
