Czarna dziura - Najnowsze informacje

Badania nad czarnymi dziurami wciąż trwają iStock
Podziel się

Czarna dziura to obiekt astronomiczny będący obszarem czasoprzestrzeni o ogromnej sile grawitacji. Badania nad czarnymi dziurami wciąż trwają i rodzą wiele wątpliwości.

Czarna dziura – definicja

Czarna dziura to obszar w czasoprzestrzeni o silnej grawitacji, której podlegają zarówno różnego rodzaju obiekty posiadające masę, jak i promienie światła.

Zakłada się, że czarne dziury istnieją w centrum niemal każdej galaktyki. Dowodem na to mają być badania odchyleń dopplerowskich materii występującej wokół jąder galaktyk, która porusza się, osiągając duże prędkości. To niesie za sobą przypuszczenie występowania w tym miejscu skupiska ogromnej ilości energii, a jedynymi znanymi obiektami tego typu są właśnie czarne dziury.

Poza tym czarne dziury najczęściej znajdowane są w układach podwójnych, czyli w pobliżu dwóch znajdujących się blisko siebie gwiazd. Zaobserwowanie czarnej dziury bez konkretnego punktu odniesienia jest niemalże niemożliwe, ponieważ jedynym jej śladem może być efekt soczewkowania grawitacyjnego, czyli zakrzywienia światła.

Powstawanie czarnej dziury

Początkiem powstania czarnej dziury jest powstanie gwiazdy. Jej geneza leży natomiast w formowaniu się jądra ze znajdującego się w przestrzeni kosmicznej obłoku materii pod wpływem grawitacji. W momencie, gdy jądro zawiera wystarczającą ilość materii, dochodzi do reakcji termonuklearnej, w której drogą łączenia się atomów wodoru w atomy helu wytwarzana jest energia. Gdy „paliwo wodorowe” się kończy, dochodzi do zaburzenia równowagi sił (grawitacji i ciśnienia wewnątrz jądra) i gwiazda zaczyna się zapadać. Jeśli jej masa jest niewielka, zapadnięciu podlegają protony i elektrony, które tworzą neutrony. Tak powstaje gwiazda neutronowa.

Gwiazdy o ogromnej masie, a przez to również o silnej grawitacji, zapadają się jeszcze bardziej, a uciskowi podlegają nawet cząstki elementarne, takie jak kwarki. Te w pewnym momencie zaczynają tworzyć osobliwość, czyli niejako jądro czarnej dziury.

Czarna dziura a horyzont zdarzeń

Tarczą czarnej dziury jest horyzont zdarzeń. Oddziela on obserwatora od zdarzeń, o których ten nigdy nie otrzyma informacji. Prędkość ucieczki dla wszystkiego, co przekroczy horyzont zdarzeń czarnej dziury, jest większa niż prędkość światła w próżni, dlatego żaden obiekt nie może się z niej wydostać.

Czarna dziura – badania naukowe

Badania naukowe dotyczące czarnych dziur polegają na ściśle matematycznych wyliczeniach. Ze względu na właściwości, tych obiektów astronomicznych nie udało się ich nigdy naocznie zaobserwować, ale pewne ruchy i zmiany w przestrzeni kosmicznej dowodzą, że czarne dziury istnieją.

Jako pierwsi możliwość występowania w kosmosie obiektów o silnej grawitacji pochłaniających materię i światło rozważali John Michell oraz Pierre Simon de Laplace, bazując na badaniach nad grawitacją autorstwa Isaaka Newtona. Spór o prawdziwość teorii trwał do początków XX wieku. Naukowcy nie potrafili odpowiedzieć na pytanie, czy światło jest cząstką, na którą grawitacja może działać, czy falą, w przypadku której nie ma takiej możliwości. Niezależnie od tego, w 1916 roku Albert Einstein ogłosił swoją ogólną teorię względności, która stała się nietrywialnym dowodem na istnienie czarnych dziur. Pierwsze rozwiązanie równania Einsteina dotyczącego tych obiektów przedstawił Karl Schwarzschild, ale świat naukowy potraktował te wyliczenia jako ciekawostkę.

Dopiero lata 60. XX wieku przyniosły pewne dowody na istnienie czarnych dziur jako konsekwencji ogólnej teorii względności, a świat astronomii poznał terminy takie jak „kolaps grawitacyjny” (zapadanie) czy „pulsar”. Nazwiskiem, które obecnie najbardziej kojarzy się z czarnymi dziurami, jest Stephen Hawking, który mimo początkowej próby obalenia teorii Jakoba Bekensteina, dowiódł jej racji i potwierdził, że obiekty te nie są ciałami doskonale czarnymi, ale posiadają pewną temperaturę, a także emitują energię.

Spór o istnienie czarnych dziur w dalszym ciągu zajmuje z jednej strony fizyków, mających co do tego wątpliwości, z drugiej zaś astronomów, według których czarne dziury to logiczny, brakujący element w konstrukcji wszechświata.