Czarne Dziury

1. Czarne Dziury Wykonała: Wioleta Pieteruczuk

2. Czym jest czarna dziura? Czarna dziura 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, nie pozwoliłaby żadnemu promieniowi do nas dotrzeć. Prędkość ucieczki dla Ziemi wynosi 11,2 km/s, a zależy ona rozmiarów i masy obiektu, który ciało chce opuścić. Jeśli prędkość ucieczki przekraczałaby prędkość światła, światło takiej gwiazdy nie byłoby w stanie do nas dotrzeć.

3. Jak powstaje czarna dziura? • Według teorii Alberta Einsteina, w silnym polu grawitacyjnym czas płynie wolniej niż w słabym. W polu tym wszystkie procesy ulegają spowolnieniu (dylatacja czasu) z punktu widzenia obserwatora, a silne pola grawitacyjne powodują zmianę geometrycznych własności przestrzeni, co oznacza, że np. suma kątów w trójkącie nie równa się 180 stopni. 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. W jej pobliżu czas zaczyna biec coraz wolniej.

4. Łączenie czarnych dziur • Możliwe jest łączenie się czarnych dziur polegającym na czołowym zderzeniu dwóch czarnych dziur i połączeniu się w jedną. Powierzchnia horyzontu powstałej w ten sposób czarnej dziury jest wtedy większa niż łączna powierzchnia horyzontów zderzających się dziur. • Czarna dziura powinna uginać przechodzące w jej pobliżu promienie świetlne. Czarne dziury mają takie same masy jak duże gwiazdy, a różnią się wyłącznie tym, że nie świecą. W 1964 roku dwaj radzieccy astrofizycy, O. H. Gusejnow i J. Zeldowicz zaproponowali poszukiwanie czarnych dziur w układach podwójnych gwiazd. Założyli, że mogą istnieć układy, w których jednym składnikiem jest normalna gwiazda, a drugim czarna dziura. Oba ciała krążą wokół wspólnego środka masy, a ponieważ czarna dziura jest niewidoczna, wydaje się, że jasny składnik obraca się wokół niczego. Jednak często wyjaśnienie jest takie, że druga gwiazda świeci, ale znacznie słabiej niż pierwsza i jej światło ginie w promieniowaniu jaśniejszego składnika.

5. Jak zlokalizować czarną dziure? • Aby wykryć czarną dziurę wśród wygasłych gwiazd 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. Należało więc ustalić, czy istnieje zjawisko, w którym czarna dziura odgrywałaby aktywną i jednoznaczną rolę. W przestrzeni międzygwiazdowej odkryto bardzo duże mgławice gazowe. Gdyby w takiej mgławicy znajdowała się czarna dziura, przyciągany przez nią gaz spadałby na nią, a w miarę spadania gazu w polu grawitacyjnym energia pola magnetycznego zamieniałaby się w ciepło. "Gorące" elektrony, które poruszają się w polu magnetycznym, wypromieniowują fale elektromagnetyczne, a promieniowanie częściowo zostaje złapane przez czarną dziurę. Większość energii rejestrowanej przez odległego obserwatora jest emitowana w odległości kilku promieni grawitacyjnych od jej środka. Na drodze ku czarnej dziurze gorący gaz wysyła w jej przestrzeń energię.a

6. Jasność gazu spadającego na czarną dziurę jest raczej niewysoka. Jeśli wchodzi ona w skład ciasnego układu podwójnego, którego drugim składnikiem jest duża gwiazda (olbrzym), gaz z jego otoczki zacznie szybko spadać do czarnej dziury. Gaz w takim układzie podwójnym nie może jednak po prostu spaść na czarną dziurę ze względu na ruch orbitalny, przez który strumień gazu okrąża czarną dziurę i tworzy wokół niej dysk. Gaz ogrzany do temperatury 10 milionów stopni emituje promieniowanie rentgenowskie, przy czym niektóre z takich źródeł zmieniają okresowo swoją jasność mniej więcej co sekundę. Są to wirujące gwiazdy neutronowe obdarzone polem magnetycznym, którego bieguny nie pokrywają się z biegunami rotacji gwiazdy. Gaz spada wtedy na bieguny magnetyczne wzdłuż linii pola magnetycznego, a rotacja zmienia te obiekty w kręcące się rentgenowskie "latarnie morskie". Wynika z tego, że czarne dziury muszą znajdować się wśród nie pulsujących źródeł rentgenowskich w układach podwójnych

7. Jak długo żyją czarne dziury? • Czarne dziury nie są wieczne, gdyż mogą one wyparowywać w wyniku procesów kwantowych zachodzących w silnych polach grawitacyjnych. W próżni przestrzeń jest wypełniona nienarodzonymi wirtualnymi cząstkami i antycząstkami. Jeśli nie jest im przekazywana żadna energia, nie mogą się one zamieniać w realne cząstki. 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.

9. Koniec