Co to jest czarna dziura?

1. Co to jest czarna dziura?

2. Jest tworem grawitacji, której podlegają zarówno cząstki o małych, jak i o dużych masach, a nawet światło. Największe i najjaśniejsze ciała mogą być niewidoczne, ponieważ przyciąganie jasnej gwiazdy o tej samej gęstości co Ziemia i średnicy 250 razy większej od Słońca.

3. Jak powstaje ? Według teorii Alberta Einsteina, w silnym polu grawitacyjnym czas płynie wolniej niżw słabym. W polu tym wszystkie procesy ulegają spowolnieniu (dylatacja czasu) z punktu widzenia obserwatora, a silne pola grawitacyjne powodują zmianę geometrycznych własności przestrzeni. Czas i przestrzeń tworzą zakrzywiającą się czterowymiarową "czasoprzestrzeń". Siła grawitacji na powierzchni gwiazdy osiąga nieskończoną wartość, a kiedy rozmiary ciała zbliżają się do promienia grawitacyjnego, grawitacja zmierza do nieskończoności. W tej sytuacji nie może zostać zrównoważona przez skończone ciśnienie i ciało nieuchronnie musi się zapaść do środka, co prowadzi do powstania czarnej dziury.

4. Jasna czarna dziura Czarna dziura na czarnym niebie jest bardzo trudna do zaobserwowania. Wiele czarnych dziur jest jednak materią, która na nie „spada”. Materia ta tworzy dysk, a zbliżając się do czarnej dziury, przyspiesza i poprzez zderzenia rozgrzewa się coraz bardziej, tak, że zamienia znaczny procent swojej masy na energie, która rozchodzi się jako promieniowanie w szerokim zakresie (od promieni gamma i promieni rentgenowskich po fale radiowe) oraz w postaci wysokoenergetycznych cząstek skupionych w tzw. Dżety. Stąd czarne dziury należą faktycznie do najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie.

5. Jak zlokalizować czarną dziurę ? Należy wykazać, że masa niewidocznego składnika przekracza wartość krytyczną. Jeśli tak jest i wynosi ona np. 5 mas Słońca, może to być tylko czarna dziura. Metoda ta nie jest jednak skuteczna. W trakcie ewolucji gaz przepływa z początkowo masywniejszego składnika do mniej masywnego, w efekcie czego widoczna gwiazda ma ostatecznie większą masę od nowo powstałej czarnej dziury.

6. Jak długo „żyją” czarne dziury ? Czarne dziury nie są wieczne, gdyż mogą one wyparowywać w wyniku procesów kwantowych zachodzących w silnych polach grawitacyjnych. Po skurczeniu się naładowanego elektrycznie ciała i powstaniu czarnej dziury pole elektryczne ulega takiemu wzmocnieniu, że zaczynają powstawać pary elektron - pozyton. Kreacja par przez pole elektryczne jest możliwa również bez udziału czarnej dziury. W takim wypadku pole musi jednak zostać wzmocnione.

7. Teoria Hawkinga W 1974 roku Stephen Hawking udowodnił, że istnieje proces kwantowy, dzięki któremu czarna dziura ze swoim polem grawitacyjnym może stwarzać cząstki, co prowadzi do zmniejszenia jej masy i rozmiarów. Kiedy powstaje czarna dziura, wszystkie procesy na powierzchni zapadającej się gwiazdy ulegają spowolnieniu. Pole grawitacyjne staje się wszędzie stałe. Nie może ono stwarzać cząstek, więc podczas formowania się czarnej dziury zmienne pole produkuje pewną liczbę cząstek, ale ich strumień gwałtownie maleje. Kiedy promień powierzchni gwiazdy zbliży się do promienia grawitacyjnego, powinny ustać wszystkie procesy. Hawking wykazał, że takie rozumowanie jest błędne. Według niego strumień powstających cząstek nie zaniknie, lecz będzie utrzymywał stałą wartość nawet po powstaniu czarnej dziury. Wewnątrz czarnej dziury pole wcale nie ulega zamrożeniu.

8. Projekt: Joanna Frosik z grupy nr 2.