Czarna wizja czarnych dziur

To niesamowite i trudne do wyobrażenia, ale istnieją w naszym świecie takie obiekty, na powierzchni których ważylibyśmy nieskończenie wiele (i wszystkie diety świata nie zmieniłyby tego stanu). Czas w takim miejscu niemalżenie płynie (wieczna młodość zagwarantowana) i nie widać absolutnie nic. Wszystko jest czarne. Oczywiście nie jest możliwe, żebyśmy kiedykolwiek znaleźli się w tak "miłych okolicznościach przyrody", chociażby dlatego, że wszystko, co podróżuje w stronę tych obiektów, przestałoby istnieć, zanim dotarłoby naprawdę blisko. Dotyczy to zwłaszcza żywych pasażerów. O czym mowa? O czarnych dziurach.

Jak powstają czarne dziury? Cóż, są końcowym etapem zdarzenia, o którym Grek Zorba powiedziałby "jaka piękna katastrofa". Inaczej mówiąc, są spektakularnym "zejściem smoka". Zejściem śmiertelnym. Czarne dziury to coś w rodzaju gwiezdnych zombie.

Ale po kolei i od początku. Gwiazdy, jak wiadomo, są bardzo różne pod względem wielkości, temperatury powierzchni i masy. Są "pseudogwiazdki", które nigdy nie osiągną temperatury niezbędnej do zaistnienia reakcji termojądrowych, czyli innymi słowy nigdy nie utracą gwiezdnego dziewictwa - to brązowe karły. Są gwiazdki-mikrusy, czyli czerwone lub białe karły (kolor zależny od temperatury powierzchni) wielkości Ziemi. Są gwiazdy-średniaki, czyli obiekty o masie 1-8 mas Słońca. Ot, tacy słoneczni kuzyni. Są wreszcie gwiazdy-olbrzymy lub wręcz gwiazdy-giganty o masach od 20 do 150 mas Słońca (przyjmuje się, że 150 mas Słońca to granica i cieższe gwiazdy nie istnieją).

Gwiazdy-giganty funkcjonują według zasady "żyć szybko, umierać młodo". Już od chwili powstania w potwornym tempie zużywają nagromadzone zapasy wodoru. Szybko zaczynają spalać hel, potem tlen i węgiel, a potem coraz cieższe pierwiastki. Skąd taki "speed"? Nadolbrzymy potrzebują ogromnej ilości energii, żeby zrównoważyć działanie własnej grawitacji. W końcu dochodzą do momentu, kiedy ich jądro składa się z żelaza. Żeby zacząc spalać żelazo, musiałyby otrzymać energię z zewnątrz, ponieważ ten pierwiastek jest tak stabilny, że energia samej gwiazdy nie wystarcza. Równowaga między grawitacją a siłą odśrodkową zostaje zachwiana i żelazne jądro zapada się. Skoro zmniejsza rozmiary, to zwiększa temperaturę. Kolejna reakcja termojądrowa jednak nie następuje i gwiazda umiera w potężnym wybuchu, którego siła jest porównywalna z promieniowaniem całej galaktyki.

Co dalej? Wszystko zależy od tego, jak masywne są "szczątki". Jeśli to, co zostaje z nadolbrzyma nie jest cięższe niż 2,8 mas Słońca, kolaps grawitacyjny zostaje powstrzymany i niedawny kosmiczny król dogorywa w postaci gwiazdy neutronowej. To też ciekawostka, że taka masa zostaje upakowana w kuli o średnicy... kilkunastu kilometrów!

Jeśli pozostałości przekraczają 2,8 mas Słońca, kolapsu grawitacyjnego nie zatrzyma nic. Powstaje czarna dziura, obiekt, w którym olbrzymia masa spakowana jest w niewyobrażalnie małych rozmiarach. Żeby Ziemia mogła być czarną dziurą, musiałaby całą swoją masę zmieścić w kulce o średnicy mniejszej niż 1 cm! Z czarnej dziury nie wydostanie się nic, nawet światło, bo za sprawą niewyobrażalnie silnej grawitacji zamiast oddalać się, wraca do centrum. Powierzchnię takiego obiektu ogranicza promień Schwarzschilda odgrywający rolę błony półprzepuszczalnej, przez którą cząstki i sygnały niosące informacje mogą przenikać do środka, ale nie mogą wydostawać się przez nią na zewnątrz. Taka powierzchnia to horyzont zdarzeń.

Skoro nic się z takiej czarnej dziury nie wydostaje, to skąd wiadomo i ich istnieniu? Głównie dzięki układom podwójnym gwiazd. Kiedy jeden ze składników układu wybucha jako supernowa i staje się czarną dziurą (swoją drogą zaskakujące, że drugi składnik jest w stanie taki wybuch przetrzymać), podkrada materię swojemu towarzyszowi, powoli go "pożerając". Opadająca na czarną dziurę materia zachowuje rotację i zaczyna silnie świecić. Tworzy się tzw. dysk akrecyjny, który jest już możliwy do zaobserwowania.

dysk

Artystyczna wizja dysku akrecyjnego z dżetami, czyli strumieniami energii zlokalizowanymi przy "biegunach" czarnej dziury. Źródło.

W samym centrum horyzontu zdarzeń jest punkt zwany osobliwością. To rdzeń i kwintesencja czarnej dziury. Miejsce, gdzie wartości takie jak zakrzywienie czasoprzestrzeni i gęstość materii przyjmują wartości nieskończone. W osobliwości skupiona jest cała materia tworząca czarną dziurę. Trudne do wyobrażenia, prawda?

Stephen Hawking udowodnił, że czarne dziury nie są tak naprawdę absolutnie czarne. Istnieje zjawisko "parowania" tego obiektu, podczas którego traci on powoli swoją materię. Obiekt wytwarza promieniowanie równie promieniowaniu ciała doskonale czarnego w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego. Jest zatem możliwe, że po upływie niewiarygodnie długiego czasu (bo proces przebiega niezmiernie powoli) czarna dziura zniknie. Jakkolwiek by nie było, nikt z nas nigdy nie zaobserwuje tego procesu. Jeśli kiedykolwiek gwiazdy zgromadzone w galaktykach miałyby się wypalić i nastałaby ciemność, to czarne dziury będą ostatnimi elementami Wszechświata, które ulegną zagładzie.


1 komentarze :

  1. Bardzo pomocne informacje:) Dziękuję:) Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń