Ostatnia aktualizacja artykułu: 16.3.2001
MIEJSCE NA TWOJĄ REKLAMĘ !
|

CZARNE DZIURY
Wielu z nas słyszało zapewne o czarnych dziurach, ale co to takiego właściwie jest? Są chyba najciekawszymi, najmniej zbadanymi i najbardziej przerażającymi obiektami we wszechświecie które dotychczas odkrył człowiek.
Teoria względności Einsteina, przewiduje między innymi że materia potrafi zakrzywiać przestrzeń. Każde ciało które posiada masę zakrzywia przestrzeń. Im masa jest większa tym zakrzywienie przestrzeni jest większe. Aby lepiej to zrozumieć, wyobraźmy sobie to na modelu rozciągniętej gumy. Kiedy na środku gumy położymy kule do kręgli, to powstanie zagłębienie. Gdy weźmiemy teraz piłkę od golfa, i poturlamy ją w kierunku zagłębienia, a prędkość piłki będzie duża, to piłka wpadnie do zagłębienia a następnie się z niego wydostanie. Gdy prędkości piłki będzie mała, piłka wpadnie do zagłębienia i już tam zostanie, natomiast gdy prędkość piłki będzie odpowiednia to piłka wpadłszy w zagłębienie będzie turlać się po jego ścianach, ponieważ siła odśrodkowa nie pozwala piłce wpaść do środka. Wyobraźmy sobie teraz że kula do kręgli to słońce a do golfa to Ziemia. Idealny model układu słonecznego!!! Masa słońca (kuli) zakrzywiła przestrzeń (powierzchnię gumy). Im masa ciała będzie większa tym zagłębienie będzie większe, a im większe będzie zagłębienie tym większa musi być prędkość piłki aby wydostała się z zagłębienia lub utrzymywała na jego ścianach. To samo jest w modelu wszechświata. Jeżeli powstanie ciało o b. dużej masie to nawet prędkość światła nie wystarczy do opuszczenia tego ciała. Wystarczająco dużą masę ma czarna dziura. Nic się z niej nie wydostanie, nawet światło. W modelu rozciągniętej gumy można przedstawić to tak, jakby masa była tak duża że zrobiła by gumie dziurę, co wpadnie do tej dziury, już się z niej nie wydostanie. A więc czarna dziura robi dziurę w przestrzeni!!! Czarna dziura jest ściśnięta do punktu o nieskończenie dużej gęstości, oraz nieskończenie małym rozmiarze - punkt ten nazywany jest "OSOBLIWOŚCIĄ". W osobliwości łamią się wszystkie prawa fizyki, nie ma tam przestrzeni ani czasu. Miejsce w którym łamią się wszystkie prawa fizyki, musi być jakoś oddzielona od "otoczenia" aby nie miało wpływu na nas. Osobliwość nie dość, że jest w przyszłości, to jeszcze otoczona jest przez tzw. "horyzont zdarzeń". Horyzontem zdarzeń nazywamy granicę "dziury w przestrzeni". Co dostanie się poza horyzont zdarzeń, już z niego nie wróci, zostanie wciągnięte do osobliwości. Teraz najdziwniejsze: czarna dziura "paruje"na skutek promieniowania Hawkinga, dzięki czemu powoli pozbywa się masy, i może się "rozpłynąć" w przestrzeni. Chodzi mniej więcej o to, że czarna dziura wypromieniowywuje ciepło, tracąc ciepło traci również masę, zgodnie ze wzorem Einsteina na równoważność masy i energii. Zaraz, chwileczkę. Skoro z Czarnej Dziury nic nie może się wydostać, jak może ona wypromieniowywać energię a tym bardziej tracić masę? Nie da się tego zjawiska wyjaśnić za pomocą samej Teorii Względności, musimy wziąć pod uwagę efekty kwantowe.
Wiemy już mniej więcej co to ta czarna dziura jest, ale jak ona powstaje??? Otóż rodzi się ona z gwiazd. Aby to zrozumieć poznać należy ewolucję gwiazd. Jak gwiazda powstaje nie jest potrzebne do zrozumienia powstawania czarnej dziury, ale opiszę całą ewolucje gwiazd, po prostu chyba każdemu się to przyda.
Jak więc powstaje gwiazda? Gwiazdy powstają w mgławicach, ogromnych obłokach w większości składających się z wodoru i helu ale również z pyłu oraz innych ciężkich pierwiastków. Pod wpływem jakiegoś impulsu np. wybuchu gwiazdy supernowej, wielkie obłoki gazu zaczynają kurczyć się wskutek oddziaływania grawitacyjnego. W obłoku tym ciśnienie rośnie, a jak wiadomo im większe ciśnienie gazu tym większa jest jego temperatura. Gdy ciśnienie w gwieździe jest bardzo duże, a temperatura osiąga dziesiątki milionów stopni rozpoczyna się reakcja termojądrowa. Dzięki energii wytworzonej podczas reakcji termojądrowej, gwiazda przestaje się kurczyć. Energia powstała we wnętrzu gwiazdy powoduje jej rozkurczanie się a siły grawitacji zapadanie się, gwiazda wówczas uzyskuje równowagę. Reakcja termojądrowa to łączenie się atomów wodoru w atomy helu. Jest to możliwe wskutek temperatury i ciśnienia jakie panuje w jądrze gwiazdy. Podczas tej syntezy wyzwalana jest ogromna ilość energii (reakcja termojądrowa zachodzi również w jądrze bomby wodorowej). Część masy zamieniana jest w czystą energię. Gdy skończy się wodór gwiazda wykorzystuje powstały wcześniej hel. Atomy helu łączą się w inne ciężkie pierwiastki takie jak węgiel, tlen, żelazo itd. Co jednak się stanie gdy gwiazda zużyje już całe swoje paliwo? To zależy od jej wielkości.
Im gwiazda jest mniejsza tym dłużej żyje. Nasze słońce jest gwiazdą przeciętnej wielkości. Istnieją jednak gwiazdy zwane czerwonymi olbrzymami które są jeszcze dziesiątki razy większe od słońca. Od czerwonych olbrzymów większe są nadolbrzymy które mogą osiągać bardzo duże rozmiary. Istnieją również gwiazdy znacznie mniejsze od słońca, zwane białymi karłami które są w wielkości ziemi!!! Gwiazda w wielkości 0.1 - 5 mas słońca ma w miarę spokojne życie. Żyje dość długo, i nie kończy swojego życia wybuchem gw. supernowej. Gdy gwiazda wielkości słońca zużyje cały zapas paliwa, wtedy jądro gwiazdy zaczyna się kurczyć. Podczas kurczenia rośnie temperatura gwiazdy i wyzwala się ogromna energia. Zewnętrzna warstwa gwiazdy zostaje odrzucona w przestrzeń kosmiczną tworząc mgławicę planetarną, jądro nie zaprzestaje się kurczyć, a jego temperatura wciąż rośnie. Ostatecznie gwiazda osiąga wielkość ziemi i staje się białym karłem, ale nadal świeci wypromieniowując nagromadzoną w niej energię. Gdy gwiazda ostygnie (stygnięcie gwiazdy może trwać nawet kilka milionów lat) przestaje świecić, i staje się brązowym karłem.
Gwiazdy wielkości ponad 5 mas słońca, kończą swój żywot wybuchem supernowej. W jądrze takiej gwiazdy, powstają tak ciężkie pierwiastki jak: tlen, krzem, żelazo. Jądro gwiazdy zaczyna się kurczyć, bardzo mocno się przy tym rozgrzewając, i powstaje gwiazda neutronowa o średnicy ~10 km. Gwiazda taka ma olbrzymią gęstość, jedna łyżeczka jej materii waży kilka milionów ton (!!!). Zewnętrzna otoczka spada na gwiazdę neutronową, powodując falę uderzeniową rozchodzącą się na zewnątrz, tworząc mgławicę. Wybuch supernowej powoduje wyrzucenie w przestrzeń kosmiczną olbrzymią ilość wodoru i helu oraz innych cięższych pierwiastków. W sąsiedztwie gwiazdy supernowej rozchodzi się fala uderzeniowa, powodująca zagęszczenie się materii, co daje możliwość zapadnięcia się obłoków wodoru i powstania następnych gwiazd. Jeżeli natomiast będziemy mieli do czynienia z gwiazdą wielkości 10 mas słońca, wówczas gwiazda nie zakończy jako gwiazda neutronowa, lecz będzie się kurczyć dalej, aż stanie się czarną dziurą - skurczy się więc do nieskończenie małego rozmiaru. Czarna dziura spowoduje zakrzywienie się przestrzeni wokół siebie. Nie wydostanie się z niej nawet światło. Światło rozchodzi się zawsze prostoliniowo, gdy próbuje opuścić czarną dziurę nie ma wyjątku, tyle tylko że czarna dziura zakrzywiła przestrzeń wokół siebie, więc światło krąży wokół czarnej dziury(choć tak naprawdę ciągle rozchodzi się prosto).
Równie ciekawymi obiektami we wszechświecie są KWAZARY. Kwazary są względnie małymi ciałami niebieskimi. Są one bardzo stare (od 3 do 13 miliardów lat i o tyle samo lat świetlnych są od nas oddalone!!!). Obserwując kwazary obserwujemy więc młody wszechświat, który narodził się Wielkim Wybuchem ok. 15 - 20 miliardów lat temu. Skoro są tak daleko muszą wypromieniowywać ogromne ilości energii jeżeli potrafimy je zobaczyć!!! Względnie niewielkie ciała wypromieniowują tyle energii co kilkaset Naszych Galaktyk (!!!). Ich widmom jest również bardzo mocno przesunięte ku czerwieni, co oznacza że oddalają się od nas z kolosalnymi prędkościami. Wiemy więc, że są małe, stare, bardzo szybko się poruszają, są oddalone do 13 miliardów lat świetlnych (jeżeli człowiek by tam chciał dolecieć, to lecąc z prędkością światła (300 000 km/s) musiał by poświęcić 13 miliardów lat życia, ale nie martwcie się, według Einsteina czas leci z prędkością światła, wsiedli byście na ziemi do rakiety, a wysiądziecie za 13 miliardów lat (dla Was będzie to ułamek sekundy) później w okolicy kwazaru. Pamiętać jednak należy, że jeżeli czas stanie w miejscu, to kto wyłączy silnik rakiety?!?!? Nie da się tego zrobić zdalnie ponieważ nic nie dogoni naszej rakiety!!!) oraz wypromieniowują kolosalne ilości energii. Najbardziej ciekawą rzeczą jest skąd kwazary biorą tak dużo energii? Prawdopodobnie we wnętrzu kwazaru znajduje się czarna dziura, a energia bierze się z opadającą na nią materię. Lecąca ku czarnej dziurze z ogromną prędkością materia, ociera się wzajemnie, rozgrzewając się, i wypromieniowując szczególnie dużo energii na falach radiowych. Kwazary odkryto poprzez radioteleskopy.
Autor: Andrzej Idzior WWW: http://republika.pl/aidzior
|