Увод у црне рупе

Црне рупе су објекти у свемиру са толико масе заробљене унутар њихових граница да имају невероватно јака гравитациона поља. У ствари, гравитациона сила црне рупе је толико јака да ништа не може побјећи кад једном уђе. Чак ни светлост не може да избегне црну рупу, она је унутра заробљена заједно са звездама, гасом и прашином. Већина црних рупа садржи многоструку масу нашег Сунца, а најтеже могу имати милионе сунчевих маса.

Упркос тој маси, стварна јединственост која чини језгро црне рупе никада није виђена ни замишљена. То је, као што реч сугерира, сићушна тачка у простору, али има много масе. Астрономи могу да проучавају ове предмете само ако утичу на материјал који их окружује. Материјал око црне рупе формира ротирајући диск који лежи одмах иза подручја званог "хоризонт догађаја", који је гравитациона тачка без повратка.

Основни „грађевни блок“ црне рупе је сингуларност: тачна површина простора која садржи сву масу црне рупе. Око њега је простор простора из кога светлост не може да побегне, дајући назив "црна рупа". Спољна „ивица“ овог региона је оно што формира хоризонт догађаја. То је невидљива граница где је повлачење гравитационог поља једнако брзина светлости. То је такође место где су гравитација и брзина светлости уравнотежени.

Положај хоризонта догађаја зависи од гравитационог повлачења црне рупе. Астрономи израчунавају локацију хоризонта догађаја око црне рупе користећи једначину Р_с = 2ГМ / ц². Р је радијус сингуларности, Г је сила гравитације, М је маса, ц је брзина светлости.

Постоје различите врсте црних рупа и настају на различите начине. Најчешћа врста је позната као црна рупа звјездане масе. Они садрже отприлике до неколико пута већу масу нашег Сунца, а формирају се када су велике главни низ звезде (10 - 15 пута веће од нашег Сунца) у својим језграма понестају нуклеарног горива. Резултат је огроман експлозија супернове која експлодира свемирске спољашње слојеве у свемир. Оно што је остало иза пропада и ствара црну рупу.

Две друге врсте црних рупа су супермасивне црне рупе (СМБХ) и микро црне рупе. Једна СМБХ може садржати масу милиона или милијарди сунца. Микро црне рупе су, како им и име говори, врло ситне. Могли би имати можда само 20 микрограма масе. У оба случаја механизми за њихово стварање нису сасвим јасни. Микро црне рупе постоје у теорији, али нису директно откривене.

Откривено је да супермасивне црне рупе постоје у језграма већине галаксија и да се о њиховом пореклу и даље врело расправља. То је могуће те супермасивне црне рупе резултат су спајања мањих, црних рупа звјездане масе и других материја. Неки астрономи сугерирају да би они могли бити створени када се једна велика масивна (стотина пута већа од Сунчеве) звезде сруши. У сваком случају, они су довољно масивни да могу утицати на галаксију на више начина, у распону од ефекта брзине рађања звезда до орбите звезда и материјала у њиховој близини.

С друге стране, микро црне рупе могле би се створити током судара две врло високоенергетске честице. Научници претпостављају да се ово дешава континуирано у горњој атмосфери Земље и вероватно ће се то догодити током експеримената физике честица на местима као што је ЦЕРН.

Пошто светлост не може да побегне из региона око црне рупе захваћене хоризонтом догађаја, нико заиста не може „видети“ црну рупу. Међутим, астрономи могу да их мере и окарактеришу према утицајима који имају на окружење. Црне рупе у близини других објеката имају гравитациони ефекат на њих. Као једна ствар, маса се такође може одредити по орбити материјала око црне рупе.

У пракси астрономи закључују присуство црне рупе проучавајући како се светлост понаша око ње. Црне рупе, као и сви масивни предмети, имају довољно гравитационог повлачења да савије пут светлости док пролази. Како се звезде иза црне рупе померају у односу на њу, светлост коју емитују изгледаће искривљено или ће се појавити звезде које се крећу на необичан начин. На основу ових података може се одредити положај и маса црне рупе.

Ово је посебно очигледно у кластерима галаксија где је комбинована маса кластера, њихова тамна материја и њихова црне рупе стварају чудно обликоване лукове и прстенове савијајући светлост удаљенијих објеката док пролази.

Астрономи такође могу видети црне рупе од зрачења загрејаног материјала око себе, попут радио или к зрака. Брзина тог материјала такође даје важне трагове карактеристикама црне рупе из које покушава да избегне.

Коначни начин на који би астрономи могли открити црну рупу је кроз механизам познат као Хокингово зрачење. Име је добио по познатом теоријском физичару и космологу Стивен Хокинг, Хокингово зрачење је последица термодинамике која захтева излазак енергије из црне рупе.

Основна идеја је да ће, због природних интеракција и колебања у вакууму, материја бити створена у облику електрона и анти-електрона (званог позитрон). Ако се то догоди у близини хоризонта догађаја, једна честица биће избачена из црне рупе, док ће друга пасти у гравитациони бунар.

Посматрачу, све што се види је честица која се емитује из црне рупе. Чинило би се да честица има позитивну енергију. То значи, симетријом, да ће честица која је пала у црну рупу имати негативну енергију. Резултат тога је да како црна рупа старе, губи енергију, и самим тим губи масу (по Еинстеиновој познатој једначини, Е = МЦ², где Е= енергија, М= маса, и Ц је брзина светлости).

Уредио и ажурирао Царолин Цоллинс Петерсен.