Црна рупа

Шта је црна рупа:

Црна рупа је просторни феномен врло високих пропорција (обично већи од Сунца) и изузетно компактне масе, што резултира тако снажним гравитационим пољем да никаква честица или зрачење не могу изаћи.

Имајући у виду да је чак и светлост усисана, црне рупе су невидљиве и њихово постојање је само доказано гравитационим последицама које су уочљиве у његовој околини, посебно промјенама орбита у близини небеских тела, које сада привлачи црна рупа.

У теорији, само нешто што се креће брзином која је већа од брзине свјетлости може издржати гравитационо поље црне рупе. Из тог разлога није могуће са сигурношћу знати шта се дешава са стварима које су усисане.

Колико је велика црна рупа?

Црне рупе постоје у различитим величинама. Малолетници познати науци називају се примордијалне црне рупе и верује се да су величине атома, али са укупном масом планине.

Средње црне рупе (чија је маса до 20 пута већа од укупне масе Сунца) називају се звјездане . У овој категорији, најмања црна рупа откривена има 3.8 пута већу соларну масу.

Највеће каталогизоване црне рупе се називају супермасивним, често пронађеним у центру галаксија. На пример, у центру Млечног пута налази се Стрелац А, црна рупа са масом еквивалентном 4 милиона пута већој од Сунчеве масе.

До сада је највећа позната црна рупа названа С50014 + 81, чија је маса једнака четрдесет милијарди пута масе Сунца.

Како се формирају црне рупе?

Црне рупе се формирају из гравитационих колапса небеских тела. Ови феномени се дешавају када је унутрашњи притисак тела (обично звезде) недовољан да одржи сопствену масу. Када се језгро звијезде сруши због гравитације, небеско тијело експлодира ослобађајући велике количине енергије у догађај познат као супернова .

Визуелни приказ супернове.

За вријеме супернове, у дјелићу секунде, цијела маса звијезде је стиснута у њено језгро док се креће око 1/4 брзине свјетлости (укључујући, у овом тренутку, најтежи елементи универзума су створени).

Тада ће експлозија изазвати неутронску звезду или, ако је звезда довољно велика, резултат ће бити формирање црне рупе, чија астрономска количина концентрисане масе ствара претходно поменуто гравитационо поље. У њему, брзина бјежања (брзина потребна да се нека честица или зрачење одупре привлачности) мора бити барем већа од брзине свјетлости.

Врсте црних рупа

Немачки теоретски физичар Алберт Ајнштајн формулисао је скуп хипотеза везаних за гравитацију које су послужиле као основа за појаву модерне физике. Овај скуп идеја назван је теорија опште релативности, у којој је научник направио неколико иновативних запажања о гравитационим ефектима црних рупа.

За Ајнштајна, црне рупе су "деформације у простору-времену узроковане великом количином концентрисане материје." Његове теорије су промовисале брз напредак подручја и омогућиле класификацију различитих типова црних рупа:

Сцхварзсцхилд блацк холе

Црне рупе Сцхварзсцхилда су оне које немају електрични набој и такође немају кутни импулс, то јест не ротирају се око своје осе.

Керр Блацк Холе

Керрове црне рупе немају електрични набој, али се окрећу око своје оси.

Реисснер-Нордстром Блацк Холе

Црне рупе Реисснер-Нордстрома имају електрични набој, али се не окрећу око своје оси.

Керр-Невман Блацк Холе

Керр-невманске црне рупе су електрично набијене и врте се око своје оси.

У теорији, све врсте црних рупа на крају постају Сцхварзсцхилдове црне рупе (статички и без електричног набоја) када изгубе довољно енергије и престану ротирати. Овај феномен је познат као Пенросеов процес . У овим случајевима, једини начин да се једна црна рупа разликује од Сцхварзсцхилда од друге је мерење њене масе.

Структура црне рупе

Црне рупе су невидљиве јер је њихово гравитационо поље неизбјежно чак и за свјетло. Дакле, црна рупа има изглед тамне површине из које се ништа не одражава и нема доказа о томе шта се дешава са елементима који су усисани у њу. Међутим, на основу посматрања ефеката који изазивају у њиховом окружењу, наука структурира црне рупе у хоризонту догађаја, сингуларности и ергосфери .

Хоризонт догађаја

Граница гравитационог поља црне рупе из које се ништа не посматра назива се хоризонтом догађаја или тачком без повратка .

Графички приказ хоризонта догађаја, који је направио НАСА, у којем се посматра савршена сфера одакле не емитује светлост.

Иако је то заправо само гравитационе посљедице, хоризонт догађаја се сматра дијелом структуре црне рупе јер је то почетак видљиве области феномена.

Познато је да је његов облик савршено сферичан у статичким црним рупама и косим у ротирајућим црним рупама.

Због гравитационог ширења времена, утицај масе црне рупе на простор-време узрокује да хоризонт догађаја, чак и изван његовог домета, има следеће ефекте:

• За удаљеног посматрача, сат близу хоризонта догађаја кретао би се спорије од другог даље. Према томе, сваки објекат који је усисан у црну рупу изгледа да се успорава све док не буде парализован у времену.
• За удаљеног посматрача, објекат који се приближава хоризонту догађаја претпоставља црвенкасту нијансу, посљедицу физичког феномена познатог као црвени помак, јер је фреквенција свјетлости смањена гравитационим пољем црне рупе.
• Са тачке гледишта објекта, време би пролазило убрзаном брзином за цео универзум, док би за себе време пролазило нормално.

Сингуларити

Централна тачка црне рупе, у којој је маса звезде постала бесконачно концентрисана, назива се сингуларност, о којој се мало зна о томе. У теорији, сингуларност садржи укупну масу звезде која се срушила, додајући маси свих тела које је усисало гравитационо поље, али нема волумен или површину.

Ергоспхере

Ергосфера је простор који заобилази хоризонт догађаја у ротирајућим црним рупама, у којима је немогуће да небеско тијело мирује.

Ипак, према Ајнштајновој релативности, сваки ротирајући објекат тежи да повуче простор-време близу њега. У црној рупи која ротира, овај ефекат је толико јак да би било неопходно да се небеско тело креће у супротном смеру брзином већом од брзине светлости да остане непокретна.

Важно је не мешати ефекте ергосфере са ефектима хоризонта догађаја. Ергосфера не привлачи објекте гравитационим пољем. Према томе, све што дође у контакт са њим биће само измештено у простору и времену и биће привучено само ако пресече хоризонт догађаја.

Степхен Хавкинг теорије о црним рупама

Стивен Хокинг је био један од најутицајнијих физичара и космолога 20. и 21. века, а међу његовим бројним доприносима, Хокинг је решио неколико теорема које је предложио Ајнштајн и које су допринеле теорији да је универзум почео у сингуларности, додатно појачавајући такозвану теорију Биг Банг .

Хокинг је такође веровао да црне рупе нису потпуно црне, већ емитују мале количине топлотног зрачења. Овај ефекат је био познат у физици као Хавкинг радијација . Ова теорија предвиђа да ће црне рупе изгубити масу са ослобођеним зрачењем и да ће се у изузетно спором процесу смањити до нестанка.