Črna luknja

Kaj je črna luknja:

Črna luknja je prostorski fenomen zelo visokih razmerij (običajno večji od sonca) in izjemno kompaktne mase, ki povzroči tako močno gravitacijsko polje, da ne morejo izstopati nobeni delci ali sevanje.

Glede na to, da je celo svetloba sesana, so črne luknje nevidne, njihov obstoj pa se kaže le v gravitacijskih posledicah, ki jih lahko opazimo v njegovi okolici, predvsem s spremembami orbite blizu nebesnih teles, ki jih zdaj privlači črna luknja.

Teoretično bi lahko le nekaj, kar se premika s hitrostjo, ki je večja od hitrosti svetlobe, vzdržala gravitacijsko polje črne luknje. Zaradi tega ni mogoče z gotovostjo vedeti, kaj se zgodi s sesanjem.

Kako velika je črna luknja?

Črne luknje obstajajo v različnih velikostih. Znanstveniki se imenujejo primordialne črne luknje in naj bi bili velikosti atoma, vendar s skupno maso gore.

Srednje črne luknje (katerih masa je do 20-krat večja od skupne mase sonca) se imenujejo zvezdne . V tej kategoriji je najmanjša odkrita črna luknja 3, 8-krat večja od sončne mase.

Največje katalogizirane črne luknje se imenujejo supermasivne, pogosto najdene v središču galaksij. Na primer, v središču Rimske ceste je Strelec A, črna luknja z maso, ki ustreza 4 milijonomkrat večji masi sonca.

Doslej se največja znana črna luknja imenuje S50014 + 81, katere masa je enaka štirideset milijard velikosti sonca.

Kako se oblikujejo črne luknje?

Črne luknje nastanejo iz gravitacijskih zlomov nebesnih teles. Ti pojavi se pojavijo, ko je notranji pritisk telesa (običajno zvezde) nezadosten za vzdrževanje lastne mase. Torej, ko se zvezdno jedro zruši zaradi gravitacije, nebesno telo eksplodira in sprosti ogromne količine energije v dogodek, znan kot supernova .

Vizualna predstavitev supernove.

V supernovi, v delčku sekunde, se celotna masa zvezde stisne v njeno jedro, medtem ko se giblje na približno 1/4 hitrosti svetlobe (vključno s tem trenutkom, ko nastanejo najtežji elementi vesolja).

Potem bo eksplozija povzročila nevtronsko zvezdo ali, če bo zvezda dovolj velika, bo nastala črna luknja, katere astronomska količina zgoščene mase ustvari prej omenjeno gravitacijsko polje. V njej mora biti izhodna hitrost (hitrost, ki je potrebna, da se nekateri delci ali sevanje upirajo privlačnosti) vsaj večja od hitrosti svetlobe.

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 Teorija splošne relativnosti, v katerem je znanstvenik naredil več inovativnih opazovanj o gravitacijskih učinkih črnih lukenj.

Za Ajnštajna so črne luknje »deformacije v prostoru-času, ki jih povzroča ogromna količina koncentrirane snovi«. Njegove teorije so spodbujale hiter napredek območja in omogočile razvrstitev različnih vrst črnih lukenj:

Schwarzschildova črna luknja

Črne luknje Schwarzschilda so tiste, ki nimajo električnega naboja in nimajo kotnega impulza, kar pomeni, da se ne vrtijo okoli svoje osi.

Kerr Black Hole

Kerrove črne luknje nimajo električnega naboja, vendar se vrtijo okoli svoje osi.

Črna luknja Reissner-Nordstrom

Črne luknje Reissner-Nordstrom imajo električni naboj, vendar se ne vrtijo okoli svoje osi.

Kerr-Newman črna luknja

Kerr-newmanske črne luknje so električno napolnjene in se vrtijo okoli svoje osi.

Teoretično vse vrste črnih lukenj sčasoma postanejo črne luknje Schwarzschilda (statične in brez električnega naboja), ko izgubijo dovolj energije in prenehajo vrteti. Ta pojav je znan kot Penroseov proces . V teh primerih je edina možnost, da se ena črna luknja od Schwarzschilda razlikuje od druge z merjenjem njene mase.

Struktura črne luknje

Črne luknje so nevidne, saj je njihovo gravitacijsko polje neizogibno tudi za svetlobo. Torej ima črna luknja videz temne površine, iz katere se ne odraža nič in ni dokazov o tem, kaj se zgodi z elementi, ki so v njej vsesani. Vendar pa na podlagi opazovanja učinkov, ki jih povzročajo v svoji okolici, znanost strukturira črne luknje v obzorju dogodkov, singularnosti in ergosferi .

Horizont dogodkov

Meja gravitacijskega polja črne luknje, iz katere ni opaziti ničesar, se imenuje obzorje dogodkov ali točka brez povratka .

Grafični prikaz obzorja dogodkov, ki ga je na voljo NASA, v katerem se opazuje popolna krogla, kjer se ne oddaja svetloba.

Čeprav gre za dejansko samo gravitacijske posledice, se obzorje dogodkov šteje za del strukture črne luknje, ker je začetek opaznega območja pojava.

Znano je, da je njegova oblika popolnoma okrogla v statičnih črnih luknjah in poševna v rotirajočih črnih luknjah.

Zaradi gravitacijske dilatacije časa vpliv mase črne luknje na prostor-čas povzroči, da ima horizont dogodkov, tudi onkraj njegovega območja, naslednje učinke:

Daljnemu opazovalcu bi se ura v bližini obzorja dogodkov premikala počasneje kot druga stran. Tako se zdi, da se vsak predmet, ki se vsesa v črno luknjo, upočasni, dokler se ne zdi paraliziran v času.
Za oddaljenega opazovalca bi predmet, ki se približuje obzorju dogodka, prevzel rdečkast odtenek, ki je posledica fizičnega fenomena, znanega kot rdeči premik, saj je frekvenca svetlobe zmanjšana z gravitacijskim poljem črne luknje.
Z vidika objekta bi čas potekal s pospešeno hitrostjo za celotno vesolje, medtem ko bi čas sam po sebi potekal normalno.

Singularnost

Osrednja točka črne luknje, kjer je masa zvezde neskončno koncentrirana, se imenuje singularnost, o kateri je malo znanega. V teoriji singularnost vsebuje skupno maso zvezde, ki se je zrušila in dodala masi vseh teles, ki jih sesuje gravitacijsko polje, vendar nima prostornine ali površine.

Ergosphere

Ergosfera je območje, ki obide obzorje dogodkov v rotirajočih črnih luknjah, v katerih je nemogoče, da nebesno telo miruje.

Toda v skladu z Einsteinovo relativnostjo je vsak rotirajoči objekt nagnjen k temu, da povleče prostorski čas blizu nje. V rotirajoči črni luknji je ta učinek tako močan, da bi bilo potrebno, da se nebesno telo giblje v nasprotni smeri s hitrostjo, ki je večja od svetlobe, da ostane mirujoča.

Pomembno je, da ne zamenjamo učinkov ergosfere z učinki obzorja dogodkov. Ergosfera ne privlači predmetov z gravitacijskim poljem. Torej, vse, kar pride v stik z njo, bo samo izrinjeno v prostor-čas in bo privlačeno le, če seka krizo dogodka.

Teorije Stephena Hawkinga o črnih luknjah

Stephen Hawking je bil eden od najbolj vplivnih fizikov in kozmologov 20. in 21. stoletja, med svojimi številnimi prispevki pa je rešil več izrekov, ki jih je predlagal Einstein, ki je prispeval k teoriji, da se je vesolje začelo v singularnosti, kar je še okrepilo tako imenovano teorijo. Big Bang .

Hawking je tudi menil, da črne luknje niso povsem črne, ampak oddajajo majhne količine toplotnega sevanja. Ta učinek je bil v fiziki znan kot Hawkingovo sevanje . Ta teorija napoveduje, da bi črne luknje izgubile maso pri sproščenem sevanju in bi se v izjemno počasnem procesu zmanjšale, dokler ne bi izginile.