Ostatnia aktualizacja artyku│u: 16.3.2001

CZARNE DZIURY

Wielu z nas s│ysza│o zapewne o czarnych dziurach, ale co to takiego w│a£ciwie jest? S╣ chyba najciekawszymi, najmniej zbadanymi i najbardziej przera┐aj╣cymi obiektami we wszech£wiecie kt≤re dotychczas odkry│ cz│owiek.

Teoria wzglΩdno£ci Einsteina, przewiduje miΩdzy innymi ┐e materia potrafi zakrzywiaµ przestrze±. Ka┐de cia│o kt≤re posiada masΩ zakrzywia przestrze±. Im masa jest wiΩksza tym zakrzywienie przestrzeni jest wiΩksze. Aby lepiej to zrozumieµ, wyobraƒmy sobie to na modelu rozci╣gniΩtej gumy. Kiedy na £rodku gumy po│o┐ymy kule do krΩgli, to powstanie zag│Ωbienie. Gdy weƒmiemy teraz pi│kΩ od golfa, i poturlamy j╣ w kierunku zag│Ωbienia, a prΩdko£µ pi│ki bΩdzie du┐a, to pi│ka wpadnie do zag│Ωbienia a nastΩpnie siΩ z niego wydostanie. Gdy prΩdko£ci pi│ki bΩdzie ma│a, pi│ka wpadnie do zag│Ωbienia i ju┐ tam zostanie, natomiast gdy prΩdko£µ pi│ki bΩdzie odpowiednia to pi│ka wpad│szy w zag│Ωbienie bΩdzie turlaµ siΩ po jego £cianach, poniewa┐ si│a od£rodkowa nie pozwala pi│ce wpa£µ do £rodka. Wyobraƒmy sobie teraz ┐e kula do krΩgli to s│o±ce a do golfa to Ziemia. Idealny model uk│adu s│onecznego!!! Masa s│o±ca (kuli) zakrzywi│a przestrze± (powierzchniΩ gumy). Im masa cia│a bΩdzie wiΩksza tym zag│Ωbienie bΩdzie wiΩksze, a im wiΩksze bΩdzie zag│Ωbienie tym wiΩksza musi byµ prΩdko£µ pi│ki aby wydosta│a siΩ z zag│Ωbienia lub utrzymywa│a na jego £cianach. To samo jest w modelu wszech£wiata. Je┐eli powstanie cia│o o b. du┐ej masie to nawet prΩdko£µ £wiat│a nie wystarczy do opuszczenia tego cia│a. Wystarczaj╣co du┐╣ masΩ ma czarna dziura. Nic siΩ z niej nie wydostanie, nawet £wiat│o. W modelu rozci╣gniΩtej gumy mo┐na przedstawiµ to tak, jakby masa by│a tak du┐a ┐e zrobi│a by gumie dziurΩ, co wpadnie do tej dziury, ju┐ siΩ z niej nie wydostanie. A wiΩc czarna dziura robi dziurΩ w przestrzeni!!! Czarna dziura jest £ci£niΩta do punktu o niesko±czenie du┐ej gΩsto£ci, oraz niesko±czenie ma│ym rozmiarze - punkt ten nazywany jest "OSOBLIWOîCIÑ". W osobliwo£ci │ami╣ siΩ wszystkie prawa fizyki, nie ma tam przestrzeni ani czasu. Miejsce w kt≤rym │ami╣ siΩ wszystkie prawa fizyki, musi byµ jako£ oddzielona od "otoczenia" aby nie mia│o wp│ywu na nas. Osobliwo£µ nie do£µ, ┐e jest w przysz│o£ci, to jeszcze otoczona jest przez tzw. "horyzont zdarze±". Horyzontem zdarze± nazywamy granicΩ "dziury w przestrzeni". Co dostanie siΩ poza horyzont zdarze±, ju┐ z niego nie wr≤ci, zostanie wci╣gniΩte do osobliwo£ci. Teraz najdziwniejsze: czarna dziura "paruje"na skutek promieniowania Hawkinga, dziΩki czemu powoli pozbywa siΩ masy, i mo┐e siΩ "rozp│yn╣µ" w przestrzeni. Chodzi mniej wiΩcej o to, ┐e czarna dziura wypromieniowywuje ciep│o, trac╣c ciep│o traci r≤wnie┐ masΩ, zgodnie ze wzorem Einsteina na r≤wnowa┐no£µ masy i energii. Zaraz, chwileczkΩ. Skoro z Czarnej Dziury nic nie mo┐e siΩ wydostaµ, jak mo┐e ona wypromieniowywaµ energiΩ a tym bardziej traciµ masΩ? Nie da siΩ tego zjawiska wyja£niµ za pomoc╣ samej Teorii WzglΩdno£ci, musimy wzi╣µ pod uwagΩ efekty kwantowe.

Wiemy ju┐ mniej wiΩcej co to ta czarna dziura jest, ale jak ona powstaje??? Ot≤┐ rodzi siΩ ona z gwiazd. Aby to zrozumieµ poznaµ nale┐y ewolucjΩ gwiazd. Jak gwiazda powstaje nie jest potrzebne do zrozumienia powstawania czarnej dziury, ale opiszΩ ca│╣ ewolucje gwiazd, po prostu chyba ka┐demu siΩ to przyda.

Jak wiΩc powstaje gwiazda? Gwiazdy powstaj╣ w mg│awicach, ogromnych ob│okach w wiΩkszo£ci sk│adaj╣cych siΩ z wodoru i helu ale r≤wnie┐ z py│u oraz innych ciΩ┐kich pierwiastk≤w. Pod wp│ywem jakiego£ impulsu np. wybuchu gwiazdy supernowej, wielkie ob│oki gazu zaczynaj╣ kurczyµ siΩ wskutek oddzia│ywania grawitacyjnego. W ob│oku tym ci£nienie ro£nie, a jak wiadomo im wiΩksze ci£nienie gazu tym wiΩksza jest jego temperatura. Gdy ci£nienie w gwieƒdzie jest bardzo du┐e, a temperatura osi╣ga dziesi╣tki milion≤w stopni rozpoczyna siΩ reakcja termoj╣drowa. DziΩki energii wytworzonej podczas reakcji termoj╣drowej, gwiazda przestaje siΩ kurczyµ. Energia powsta│a we wnΩtrzu gwiazdy powoduje jej rozkurczanie siΩ a si│y grawitacji zapadanie siΩ, gwiazda w≤wczas uzyskuje r≤wnowagΩ. Reakcja termoj╣drowa to │╣czenie siΩ atom≤w wodoru w atomy helu. Jest to mo┐liwe wskutek temperatury i ci£nienia jakie panuje w j╣drze gwiazdy. Podczas tej syntezy wyzwalana jest ogromna ilo£µ energii (reakcja termoj╣drowa zachodzi r≤wnie┐ w j╣drze bomby wodorowej). CzΩ£µ masy zamieniana jest w czyst╣ energiΩ. Gdy sko±czy siΩ wod≤r gwiazda wykorzystuje powsta│y wcze£niej hel. Atomy helu │╣cz╣ siΩ w inne ciΩ┐kie pierwiastki takie jak wΩgiel, tlen, ┐elazo itd. Co jednak siΩ stanie gdy gwiazda zu┐yje ju┐ ca│e swoje paliwo? To zale┐y od jej wielko£ci.

Im gwiazda jest mniejsza tym d│u┐ej ┐yje. Nasze s│o±ce jest gwiazd╣ przeciΩtnej wielko£ci. Istniej╣ jednak gwiazdy zwane czerwonymi olbrzymami kt≤re s╣ jeszcze dziesi╣tki razy wiΩksze od s│o±ca. Od czerwonych olbrzym≤w wiΩksze s╣ nadolbrzymy kt≤re mog╣ osi╣gaµ bardzo du┐e rozmiary. Istniej╣ r≤wnie┐ gwiazdy znacznie mniejsze od s│o±ca, zwane bia│ymi kar│ami kt≤re s╣ w wielko£ci ziemi!!! Gwiazda w wielko£ci 0.1 - 5 mas s│o±ca ma w miarΩ spokojne ┐ycie. »yje do£µ d│ugo, i nie ko±czy swojego ┐ycia wybuchem gw. supernowej. Gdy gwiazda wielko£ci s│o±ca zu┐yje ca│y zapas paliwa, wtedy j╣dro gwiazdy zaczyna siΩ kurczyµ. Podczas kurczenia ro£nie temperatura gwiazdy i wyzwala siΩ ogromna energia. ZewnΩtrzna warstwa gwiazdy zostaje odrzucona w przestrze± kosmiczn╣ tworz╣c mg│awicΩ planetarn╣, j╣dro nie zaprzestaje siΩ kurczyµ, a jego temperatura wci╣┐ ro£nie. Ostatecznie gwiazda osi╣ga wielko£µ ziemi i staje siΩ bia│ym kar│em, ale nadal £wieci wypromieniowuj╣c nagromadzon╣ w niej energiΩ. Gdy gwiazda ostygnie (stygniΩcie gwiazdy mo┐e trwaµ nawet kilka milion≤w lat) przestaje £wieciµ, i staje siΩ br╣zowym kar│em.

Gwiazdy wielko£ci ponad 5 mas s│o±ca, ko±cz╣ sw≤j ┐ywot wybuchem supernowej. W j╣drze takiej gwiazdy, powstaj╣ tak ciΩ┐kie pierwiastki jak: tlen, krzem, ┐elazo. J╣dro gwiazdy zaczyna siΩ kurczyµ, bardzo mocno siΩ przy tym rozgrzewaj╣c, i powstaje gwiazda neutronowa o £rednicy ~10 km. Gwiazda taka ma olbrzymi╣ gΩsto£µ, jedna │y┐eczka jej materii wa┐y kilka milion≤w ton (!!!). ZewnΩtrzna otoczka spada na gwiazdΩ neutronow╣, powoduj╣c falΩ uderzeniow╣ rozchodz╣c╣ siΩ na zewn╣trz, tworz╣c mg│awicΩ. Wybuch supernowej powoduje wyrzucenie w przestrze± kosmiczn╣ olbrzymi╣ ilo£µ wodoru i helu oraz innych ciΩ┐szych pierwiastk≤w. W s╣siedztwie gwiazdy supernowej rozchodzi siΩ fala uderzeniowa, powoduj╣ca zagΩszczenie siΩ materii, co daje mo┐liwo£µ zapadniΩcia siΩ ob│ok≤w wodoru i powstania nastΩpnych gwiazd. Je┐eli natomiast bΩdziemy mieli do czynienia z gwiazd╣ wielko£ci 10 mas s│o±ca, w≤wczas gwiazda nie zako±czy jako gwiazda neutronowa, lecz bΩdzie siΩ kurczyµ dalej, a┐ stanie siΩ czarn╣ dziur╣ - skurczy siΩ wiΩc do niesko±czenie ma│ego rozmiaru. Czarna dziura spowoduje zakrzywienie siΩ przestrzeni wok≤│ siebie. Nie wydostanie siΩ z niej nawet £wiat│o. îwiat│o rozchodzi siΩ zawsze prostoliniowo, gdy pr≤buje opu£ciµ czarn╣ dziurΩ nie ma wyj╣tku, tyle tylko ┐e czarna dziura zakrzywi│a przestrze± wok≤│ siebie, wiΩc £wiat│o kr╣┐y wok≤│ czarnej dziury(choµ tak naprawdΩ ci╣gle rozchodzi siΩ prosto).

R≤wnie ciekawymi obiektami we wszech£wiecie s╣ KWAZARY. Kwazary s╣ wzglΩdnie ma│ymi cia│ami niebieskimi. S╣ one bardzo stare (od 3 do 13 miliard≤w lat i o tyle samo lat £wietlnych s╣ od nas oddalone!!!). Obserwuj╣c kwazary obserwujemy wiΩc m│ody wszech£wiat, kt≤ry narodzi│ siΩ Wielkim Wybuchem ok. 15 - 20 miliard≤w lat temu. Skoro s╣ tak daleko musz╣ wypromieniowywaµ ogromne ilo£ci energii je┐eli potrafimy je zobaczyµ!!! WzglΩdnie niewielkie cia│a wypromieniowuj╣ tyle energii co kilkaset Naszych Galaktyk (!!!). Ich widmom jest r≤wnie┐ bardzo mocno przesuniΩte ku czerwieni, co oznacza ┐e oddalaj╣ siΩ od nas z kolosalnymi prΩdko£ciami. Wiemy wiΩc, ┐e s╣ ma│e, stare, bardzo szybko siΩ poruszaj╣, s╣ oddalone do 13 miliard≤w lat £wietlnych (je┐eli cz│owiek by tam chcia│ dolecieµ, to lec╣c z prΩdko£ci╣ £wiat│a (300 000 km/s) musia│ by po£wiΩciµ 13 miliard≤w lat ┐ycia, ale nie martwcie siΩ, wed│ug Einsteina czas leci z prΩdko£ci╣ £wiat│a, wsiedli by£cie na ziemi do rakiety, a wysi╣dziecie za 13 miliard≤w lat (dla Was bΩdzie to u│amek sekundy) p≤ƒniej w okolicy kwazaru. PamiΩtaµ jednak nale┐y, ┐e je┐eli czas stanie w miejscu, to kto wy│╣czy silnik rakiety?!?!? Nie da siΩ tego zrobiµ zdalnie poniewa┐ nic nie dogoni naszej rakiety!!!) oraz wypromieniowuj╣ kolosalne ilo£ci energii. Najbardziej ciekaw╣ rzecz╣ jest sk╣d kwazary bior╣ tak du┐o energii? Prawdopodobnie we wnΩtrzu kwazaru znajduje siΩ czarna dziura, a energia bierze siΩ z opadaj╣c╣ na ni╣ materiΩ. Lec╣ca ku czarnej dziurze z ogromn╣ prΩdko£ci╣ materia, ociera siΩ wzajemnie, rozgrzewaj╣c siΩ, i wypromieniowuj╣c szczeg≤lnie du┐o energii na falach radiowych. Kwazary odkryto poprzez radioteleskopy.

Autor: Andrzej Idzior
WWW: http://republika.pl/aidzior