Črna luknja je prostor v vesolju, kjer gravitacija vleče tako močno, da niti svetloba ne more priti ven. Gravitacija je tako močna, ker je bila materija stisnjena v majhen prostor. To se lahko zgodi, ko zvezda umira. Ker nobena svetloba ne more ugasniti, ljudje ne morejo videti črnih lukenj. So nevidni. Vesoljski teleskopi s posebnimi orodji lahko pomagajo najti črne luknje. Posebna orodja lahko vidijo, kako zvezde, ki so zelo blizu črnih lukenj, delujejo drugače kot druge zvezde. Črna luknja je lahko velika ali majhna. Znanstveniki menijo, da so najmanjše črne luknje tako majhne kot en atom. Te črne luknje so zelo majhne, vendar imajo maso velike gore. Masa je količina snovi ali “stvari” v predmetu. Črne luknje so izjemno zanimive. So tudi tema raziskovanja mnogih znanstvenikov.
Druga vrsta črne luknje se imenuje “zvezdna”. Njegova masa je lahko do 20-krat večja od mase sonca. V Zemljini galaksiji je lahko veliko, veliko črnih lukenj zvezdne mase. Zemljina galaksija se imenuje Rimska cesta. Največje črne luknje imenujemo “supermasivne”. Te črne luknje imajo mase, ki so skupaj več kot 1 milijon sonc. Znanstveniki so našli dokaz, da ima vsaka velika galaksija v središču supermasivna črna luknja. Supermasivna črna luknja v središču galaksije Rimska cesta se imenuje Strelec A. Ima maso, ki je enaka približno 4 milijonom sonc, in bi se prilegala v zelo veliko kroglo, ki bi lahko zdržala nekaj milijonov zemelj.
Kaj so črne luknje?
Črna luknja je območje vesolja s tako močnim gravitacijskim poljem, da mu nič, niti svetloba, ne more uiti. Zato se črna luknja zdi črna. V nekaterih primerih so črne luknje nekdanje masivne zvezde, ki so bile med eksplozijami supernove zdrobljene do skrajne gostote. V drugih primerih črna luknja vsebuje maso milijonov ali milijard zvezd. Ljudje se pogosto sprašujejo, če je črna luknja črna – če jim svetloba ne more uiti – kako jih lahko vidimo? Odgovor je, da vidimo učinke, ki jih imajo črne luknje na prostor okoli sebe.
V svoji splošni teoriji relativnosti, objavljeni leta 1915, je Albert Einstein prvi predlagal, da naše vesolje vsebuje tako čudne, goste, masivne predmete. Črna luknja izhaja iz Einsteinovih enačb splošne relativnosti kot naravna posledica smrti in kolapsa masivnih zvezd. Prva oseba, ki je matematično formulirala črno luknjo, je bil nemški matematik Karl Schwarzschild leta 1916. Teoretični fizik John Wheeler je prvi skoval ime črna luknja mnogo let pozneje, leta 1967.
Kako izgledajo črne luknje?
Črna luknja ima tri “plasti”: zunanji in notranji horizont dogodkov ter singularnost. Horizont dogodkov črne luknje je meja okoli ustja črne luknje, mimo katere svetloba ne more uiti. Ko delec enkrat prečka obzorje dogodkov, ne more zapustiti. Gravitacija je konstantna v celotnem obzorju dogodkov. Notranje območje črne luknje, kjer leži masa predmeta, je znano kot njegova singularnost, edina točka v prostoru-času, kjer je koncentrirana masa črne luknje.
Znanstveniki ne morejo videti črnih lukenj tako, kot lahko vidijo zvezde in druge predmete v vesolju. Namesto tega se morajo astronomi zanašati na odkrivanje sevanja, ki ga črna luknja oddaja, ko se prah in plin vlečeta v gosta bitja. Toda supermasivne črne luknje, ki ležijo v središču galaksije, se lahko pokrijejo z gostim prahom in plinom okoli njih, kar lahko blokira signalne emisije.
Včasih, ko se snov potegne proti črni luknji, se odbije od obzorja dogodkov in jo vrže navzven, namesto da bi jo potegnili v ustnico. Ustvarjajo se svetli curki materiala, ki potujejo s skoraj relativističnimi hitrostmi. Čeprav črna luknja ostaja nevidna, je te močne curke mogoče videti z velikih razdalj.
Ena črna luknja ni podobna drugim
Supermasivna črna luknja, ki jih predvideva Einsteinova splošna teorija relativnosti, ima lahko maso, ki je enaka milijardam sonc; te kozmične pošasti se verjetno skrivajo v središčih večine galaksij. Rimska cesta v svojem središču gosti svojo supermasivno črno luknjo, znano kot Strelec A* (izgovarja se “zvezda ay”), ki je več kot štiri milijone krat večja od našega sonca.
Najmanjši člani družine črnih lukenj so doslej teoretični. Ti majhni vrtinci teme so morda zaživeli kmalu po tem, ko se je vesolje oblikovalo z velikim pokom, pred približno 13,7 milijarde let, in nato hitro izhlapelo. Astronomi tudi sumijo, da v vesolju obstaja razred predmetov, imenovanih črne luknje srednje mase, čeprav so dokazi zanje zaenkrat sporni. Ne glede na njihovo začetno velikost lahko črna luknja raste skozi vse življenje in srka plin in prah iz vseh predmetov, ki se plazijo preblizu. Vse, kar preide obzorje dogodkov, točko, na kateri postane beg nemogoč, je teoretično namenjeno špagetizaciji zaradi močnega povečanja moči gravitacije, ko padete v črno luknjo.
Kako nastanejo črne luknje?
Najbolj dobro razumljene črne luknje nastanejo, ko ogromna zvezda doseže konec svojega življenja in implodira ter se zruši vase. Črna luknja zavzame nič prostora, vendar ima maso – prvotno večino mase, ki je bila nekoč zvezda. In črne luknje postajajo “večje” (tehnično bolj masivne), ko porabljajo snov v svoji bližini. Večji kot so, večjo cono »brez vrnitve« imajo, kjer je vse, kar vstopi na njihovo ozemlje, nepreklicno izgubljeno za črno luknjo. Ta točka brez vrnitve se imenuje obzorje dogodkov.
Ampak obstaja zasuk. Pravzaprav dva zasuka.
Prvič, trajalo bi dlje od trenutne starosti vesolja, da bi črne luknje, ki so se začele kot mrtve zvezde, razrasle v črne luknje v velikosti središča galaksije. Tako astronomi tudi menijo, da je vesolje morda sprožilo proces z ustvarjanjem ogromnih prvinskih črnih lukenj v trenutku tik po velikem poku – čeprav je to prav tako čudno in problematično, kot si morda mislite. Drugič, obstaja zelo malo neposrednih dokazov o tako imenovanih črnih luknjah srednje mase – tistih med velikostjo zvezde in velikostjo galaksije. Astronomi pričakujejo, da bodo v tej srednji fazi videli nekaj črnih lukenj, ki so na poti, da postanejo supermasivne, vendar še ne povsem tam – in zaenkrat večinoma ne. Obstajajo tako majhne kot ogromne črne luknje. Še vedno povezujemo pike med njimi.
koliko črnih lukenj je v vesolju?
To je eno najbolj relevantnih in perečih vprašanj v sodobni astrofiziki in kozmologiji. Intrigantno vprašanje je pred kratkim obravnaval dr. SISSA. študent Alex Sicilia, ki ga vodita prof. Andrea Lapi in dr. Lumen Boco, skupaj z drugimi sodelavci iz SISSA ter iz drugih nacionalnih in mednarodnih institucij. V prvem prispevku serije, ki je bila pravkar objavljena v The Astrophysical Journal, so avtorji raziskali demografijo črnih lukenj zvezdne mase, ki so črne luknje z maso med nekaj do nekaj sto sončnimi mas, ki so nastale ob koncu življenja masivne zvezde.
»Inovativni značaj tega dela je v povezovanju podrobnega modela evolucije zvezd in binarne evolucije z naprednimi recepti za nastanek zvezd in obogatitev s kovinami v posameznih galaksijah. To je eden prvih in eden najmočnejših ab initio izračunov masne funkcije zvezdne črne luknje v kozmični zgodovini.” — Alex Sicilia, prvi avtor študije Glede na novo raziskavo je izjemna količina okoli 1 % celotne navadne (barionske) snovi vesolja zaprta v črnih luknjah zvezdne mase. Presenetljivo je, da so raziskovalci ugotovili, da je število črnih lukenj v opazovanem vesolju (sfera s premerom okoli 90 milijard svetlobnih let) trenutno približno 40 milijard.
