Eszkola

Czarna dziura

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Obszar w czasoprzestrzeni, którego grawitacja jest tak duża, że żaden obiekt ani promieniowanie nie jest w stanie opuścić nazywany jest czarną dziurą

Istnienie czarnych dziur przewiduje ogólna teoria względności (OTW) Einsteina. Są one masywnymi i gęstymi obiektami, które silnie zakrzywiają czasoprzestrzeń przez oddziaływanie grawitacyjne. Astronom i fizyk, Karl Schwarzschild, rozwiązując równania OTW, określił dla masy \(m\) w przestrzeni promień, nazywany od jego nazwiska promieniem Schwarzschilda \(R_{sch}\), który określa rozmiary obiektu masywnego traktowanego, jako czarną dziurę:

\(R_{sch}=\dfrac{2G}{c^2}m\)

gdzie \(G=6.67\cdot 10^{-11} [\dfrac{m^3}{kg\cdot s^2}]\) jest stałą grawitacji,
\(c=3\cdot 10^8 [\dfrac{m}{s}]\) jest prędkością światła w próżni.

Promień ten wyznacza horyzont zdarzeń, czyli sferę ograniczającą obszar, z którego informacje nie mogą się wydostać na zewnątrz, ponieważ prędkość ucieczki musiałaby być większa od prędkości światła - największej możliwej. Inaczej horyzont zdarzeń traktował badacz czarnych dziur, Stephen Hawking, który twierdził, że informacje z wnętrza mogą uciekać na zewnątrz, a czarna dziura jedynie chwilowo przechowuje energię.  

Istotnym zdarzeniem w XXI wieku była obserwacja fal grawitacyjnych pochodzących od zderzenia dwóch czarnych dziur. Oficjalne ogłoszenie miało miejsce blisko 100 lat od przewidzenia takiego zjawiska przez Einsteina. 

Czarna dziura może powstać jako naturalny krok w procesie ewolucji masywnej gwiazdy. Kiedy wodór wewnątrz gwiazdy kończy się, wypalane są coraz cięższe pierwiastki. Przy wypalaniu żelaza gwiazda nie ma już dodatkowej energii (poprzednie reakcje wydzielały energię), więc nie może przeciwdziałać grawitacyjnemu zapadaniu się. W wyniku szybkiego spadku ciśnienia następuje eksplozja - supernowa emitująca potężną energię. Po eksplozji gwiazda staje się gwiazdą neutronową - elektrony i protony tworzą neutrony zapadając się nadal i tworząc czarną dziurę. Masa gwiazdy, która tworzy czarną dziurę musi być minimum 20 razy większa od masy Słońca.

Zdjęcie czarnej dziury znajdującej się w jądrze galaktyki M87 wykonane przy pomocy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń:

Autor zdjęcia: https://pl.wikipedia.org/wiki/Czarna_dziura#/media/Plik:Black_hole_-_Messier_87_crop_max_res.jpg