Teraz z naszą kupą faktów wkraczamy w ostatni rozdział serii poświęconej czarnym dziurom. A w tej części powiemy sobie o... o czarnych dziurach! ( w zasadzie każda kupa faktów czy... odpadów dąży ostatecznie do czarnej dziury. Czy to tunelem czasoprzestrzennym czy jelitem grubym...)
Na pewno wielu z was, którzy czytali tego bloga zastanawia się skąd właściwie wiadomo że czarne dziury istnieją, jak można zobaczyć coś co zatrzymuje światło, coś co jest niewidoczne? (Jestem przekonany, że się zastanawialiście, tylko onieśmieleni moją zajefajnością wstydziliście się mi zadać to pytanie. Ok. Jest jeszcze możliwość, że po prostu macie mnie gdzieś).
Istnieją różne metody obserwacji czarnych dziur. Jak wiadomo czarna dziura ma tak potężną masę, że zatrzymuje swoją grawitacją nawet promienie świetlne. A w pobliżu tzw. horyzontu zdarzeń zakrzywia je. Gdybyśmy oglądali Słońce przez pryzmat tak ciężkiego ciała, obraz Gwiazdy Dziennej byłby bardzo zdeformowany. Czarna dziura na tle światła mogłaby wyglądać mniej więcej tak:
Mimo przyjęcia tezy o powszechności czarnych dziur we wszechświecie, astronomii wciąż doskwiera wstydliwy problem – nikt nigdy ich nie widział. No bo, jak dostrzec przedmiot z definicji nieemitujący żadnego promieniowania (no, prawie – ale o tym później)
Jako pierwszy sposób poszukiwań opracował Jakow Zeldowicz wraz ze swoim zdolnym studentem Igorem Nowikowem. Założyli oni, że nie trzeba widzieć samego horyzontu zdarzeń, a jedynie materię nań opadającą. Gaz i pył pod wpływem potężnego ciśnienia, panującego tuż nad krawędzią horyzontu, ulegają ściskowi, co powoduje wzrost temperatury do kilku milionów stopni i emisję promieniowania. Świecące w ten sposób skupisko materii w pobliżu czarnej dziury nosi nazwę dysku akrecyjnego. Zeldowicz i Nowikow słusznie zauważyli, że efekty te najłatwiej będzie zaobserwować przy układach dwóch krążących blisko siebie gwiazd. Gdy w miejscu jednej z nich powstanie czarna dziura, zacznie ona uprawiać kosmiczny kanibalizm, pochłaniając materię swojej towarzyszki. Najsłynniejszy jak dotąd przykład układu podwójnego gwiazdy z czarną dziurą zaobserwowano w gwiazdozbiorze Łabędzia. W Cygnusie X-1, jak został nazwany, niebieski nadolbrzym wykonuje taniec śmierci z obiektem o masie piętnastokrotnie większej od Słońca, emitującym ogromne ilości promieniowania w zakresie rentgenowskim.
Jeżeli często oglądaliście programy dokumentalne dotyczące kosmosu, to bardzo możliwe, że nie raz podziwialiście pracę prof. Andrei Ghez z popularnego hawajskiego obserwatorium Mauna Kea, bądź prof. Reinharda Genzela z Instytutu im. Maxa Plancka w Monachium. Obydwa zespoły od lat badają co gnieździ się w przysłoniętym obłokami pyłu i gazu środku naszej galaktyki. Dlaczego tam? Wystrzelony pod koniec ubiegłego wieku teleskop kosmiczny Chandra, działający w zakresie promieni rentgenowskich, zwrócił uwagę na znajdujące się w tym rejonie nadzwyczaj silne źródło radiacji, ochrzczone nazwą Sagittarius A*. Analogicznie jak w przypadku Cygnusa X-1 spodziewano się, że to sygnał emitowany przez dysk akrecyjny, ale krążący wokół znacznie masywniejszej dziury. Gdy po kilku latach udało się przedrzeć przez grube warstwy pyłu gwiezdnego, dojrzano grupę kilkunastu gwiazd poruszających się najbliżej centrum Drogi Mlecznej. Dzięki pomiarom kształtu orbit i prędkości poruszania się po nich, obliczono jaką masę musi posiadać ciało wokół którego krążą. Szczególnie interesująca zdawała się gwiazda S2, która krążąc po mocno eliptycznej orbicie potrafiła nagle przyśpieszyć do 5 tys. km/s; ciało większe od Słońca posuwało się z szybkością 15% prędkości światła! Rachunki dawały zatrważający wynik – gwiazdy środka galaktyki tańczą wokół jakiegoś małego obiektu o masie co najmniej 2,2 miliona Słońc. Nauka nie znajduje lepszej hipotezy, niż uznanie Sagittariusa A* za supermasywną czarną dziurę.
Ten taniec można zobaczyć tutaj. Mniej więcej od 12 minuty.
Ostatnio usłyszałem pytanie w związku z Wielkim Zderzaczem Hadronów. Czy rzeczywiście powstają tam czarne dziury i czy to nie jest lekkomyślne ze strony naukowców i czy nie doprowadzą oni do zniszczenia Ziemi.
Po pierwsze polecam stronę, na której można na bieżąco sprawdzić czy naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów zniszczyli już Ziemię.
http://hasthelargehadroncolliderdestroyedtheworldyet.com/
Administrator strony zapewnia, że aktualizuje stronę co minutę.
Czy wytworzenie czarnej dziury w warunkach laboratoryjnych jest możliwe?
Pierwsi teoretycy czarnych dziur skupiali się głównie na gwiazdach i nie ma w tym nic dziwnego. Tylko życiu gwiazd, i to tych największych, towarzyszą procesy umożliwiające naturalne zejście poniżej promienia Schwarzschilda. Ale czy, choćby na papierze, nie możemy założyć powstania czarnej dziury w wyniku zapadnięcia innego ciała? To istotne, bo naukowcy pragnący rozpocząć „produkcję” dziur, raczej nie będą dysponować podręcznymi gwiazdami.
Teoretycznie nie ma tu żadnych przeciwwskazań. Zasadniczo każdy obiekt może ulec zapadnięciu w samym sobie, jeżeli tylko przekroczy punkt krytyczny, a ten jest ściśle związany z masą – im mniejsza masa tym bardziej musimy zmiażdżyć ciało. W takim razie, czy niewielka w kosmicznej skali Ziemia może przekształcić się w czarną dziurę? Oczywiście – wystarczyłoby ścisnąć naszą planetę do rozmiarów piłeczki golfowej. A niesympatyczny sąsiad? Powinno się udać, jeżeli tylko znajdziemy sposób na zgniecenie całej materii jego ciała do rozmiaru jądra atomowego lub mniejszej. Kłopot polega jedynie na tym, że oddziaływanie grawitacyjne małych obiektów nie zainicjuje spontanicznego zapadania i konieczna byłaby pomoc z zewnątrz.
Takiej pomocy, naukowcy chcą udzielać pojedynczym cząstkom, dając początek bardzo, bardzo malutkim czarnym dziurom. Fizycy ciągle mają nadzieje, iż takie eksperymenty dojdą do skutku w Wielkim Zderzaczu Hadronów, po osiągnięciu przezeń mocy 14 TeV. Tak rozpędzone protony zderzyłyby się na tyle mocno aby zbliżyć się na odległość mniejszą niż promień Schwarzschilda. Niektórzy naukowcy pracujący w CERN, utrzymują że mikrodziury mogły już powstać, ale… detektory nie zdążyły ich zarejestrować!
Rekordzistki
Kiedy myślimy o zwyczajnej czarnej dziurze (o ile jakąkolwiek czarną dziurę można posądzić o bycie zwyczajną), mamy przed oczami obiekt bardzo masywny, ekstremalnie gęsty, ale raczej o niewielkich gabarytach. Jeżeli wyobrazimy sobie pozostałość po śmierci olbrzyma nawet dziesięciokrotnie masywniejszego niż nasze Słońce okaże się, że nie osiągnie ona średnicy większej niż… 200 kilometrów. W rzeczy samej, gdybyśmy mogli zgnieść naszą gwiazdkę do granicy Schwarzschilda – do czego w sposób naturalny na pewno nie dojdzie, bo jest za lekka – otrzymalibyśmy czarną dziurkę w rozmiarze XS, której obwód nie przekroczyłby 3-4 kilometrów.
A co gdybym powiedział wam, że podróżując przez wszechświat można wpaść w dziurę o średnicy liczonej w miliardach kilometrów? Ujmę to tak: Ziemia to pyłek na tle tarczy słonecznej, z kolei potężne z naszej perspektywy Słońce to zaledwie żarząca iskierka w zestawieniu z monstrum zalegającym w centrum galaktyki NGC 1277. Gdyby go ustawić w centrum Układu Słonecznego, przykryłby go całkowicie, sięgając hen za orbitę Plutona. Nawet największej poznanej gwieździe, VY Canis Majoris pozostaje jedynie zarumienić się ze wstydu. To wraz z super-gęstością daje oszałamiający rezultat w postaci masy 17 miliardów mas Słońca.
W przybliżeniu to tysięczna część masy całej Drogi Mlecznej – galaktyki zawierającej grubo ponad 200 miliardów gwiazd – zawarta w pojedynczym obiekcie. Żeby było ciekawiej, od razu zaznaczę, że to żaden rekord. Niemal co roku odkrywamy coraz cięższe czarne dziury, czego najlepszym przykładem jest grubas leżący w centrum NGC 4889 w gwiazdozbiorze Warkocza Bereniki. Jego masę szacujemy na mniej więcej 21 miliardów Słońc.
Czymże zatem czarna dziura z NGC 1277 zasłużyła sobie na specjalne zainteresowanie astronomów i dlaczego zawracam nią wasze głowy? Otóż, zasadniczo rozmiary tych grawitacyjnych silników korelują z wielkościami napędzanych przez nie galaktyk. Przykładowo tłuściochy zasiadające na tronach przeciętnie dorodnych galaktyk, jak Droga Mleczna lub Andromeda, nie przekraczają masy 5 milionów Słońc. Nasz Sagittarius A* stanowi więc ledwie zauważalny ułamek całej galaktyki o masie ponad biliona Słońc. W przypadku NGC 1277 mamy do czynienia z sytuacją kuriozalną, bowiem sama galaktyka prezentuje się co najmniej pięciokrotnie mizerniej od Drogi Mlecznej, a nosi w sobie potwora o masie 17 miliardów Słońc. Dysproporcja wydaje się porażająca: omawiana czarna dziura stanowi od 14% do 16% masy całej galaktyki!
I rozwiązanie naszego konkursu, w którym udział wzięli... nikt. ;)
Odpowiedź na naszą zagadkę dotyczącą tytułu trzech ostatnich postów brzmi:
W języku angielskim czarne dziury określa się terminem wormgholes co w tłumaczeniu na polski oznacza dziury wydrążone przez robaki.
Do następnego przeczytania!
.jpg)
