Černá díra

Co je černá díra:

Černá díra je vesmírným jevem velmi vysokých proporcí (obvykle větších než slunce) a extrémně kompaktní hmoty, což má za následek gravitační pole tak silné, že žádná částice nebo záření se nemůže dostat ven.

Vzhledem k tomu, že i světlo je nasáváno, černé díry jsou neviditelné a jejich existence je doložena pouze gravitačními důsledky pozorovatelnými v jeho okolí, zejména změnami drah blízkých nebeských těles, které jsou nyní přitahovány k černé díře.

Teoreticky by pouze něco, co se pohybuje rychlostí větší než je rychlost světla, dokázalo odolat gravitačnímu poli černé díry. Z tohoto důvodu není možné určit, co se stane s věcí, která je nasávána.

Jak velká je černá díra?

Černé díry existují v různých velikostech. Neznámí vědní věda se nazývají prapůvodní černé díry a jsou považováni za velikost atomu, ale s celkovou hmotností hory.

Středně černé díry (jejichž hmotnost je až 20krát větší než celková hmotnost Slunce) se nazývají hvězdné . V této kategorii má nejmenší objevená černá díra 3, 8násobek sluneční hmoty.

Největší černé díry katalogizované se nazývají supermasivní, často nacházející se ve středu galaxií. Jako příklad, ve středu Mléčné dráhy je Střelec A, černá díra s hmotností odpovídající 4 milionům násobkem hmotnosti Slunce.

Největší známá černá díra se dosud nazývá S50014 + 81, jejíž hmotnost se rovná čtyřiceti miliard krát hmotnosti slunce.

Jak se tvoří černé díry?

Černé díry jsou tvořeny gravitačním kolapsem nebeských těles. K těmto jevům dochází, když vnitřní tlak těla (obvykle hvězd) není dostatečný k udržení vlastní hmoty. Když se jádro hvězdy zhroutí kvůli gravitaci, nebeské tělo exploduje a uvolní obrovské množství energie do události známé jako supernova .

Vizuální reprezentace supernovy.

Během supernovy, ve zlomku sekundy, celá hmota hvězdy je stlačena do jeho jádra zatímco se pohybuje u asi 1/4 rychlosti světla (včetně, v tomto momentu, nejtěžší elementy vesmíru jsou vytvořeny).

Pak exploze způsobí vznik neutronové hvězdy nebo, pokud je hvězda dostatečně velká, výsledkem bude vytvoření černé díry, jejíž astronomické množství koncentrované hmoty vytvoří výše uvedené gravitační pole. V něm musí být úniková rychlost (rychlost nezbytná pro to, aby částice nebo záření odolávaly přitažlivosti) alespoň větší než rychlost světla.

Typy černých děr

Německý teoretický fyzik Albert Einstein formuloval soubor hypotéz týkajících se gravitace, které sloužily jako základ pro vznik moderní fyziky. Tento soubor myšlenek se nazýval Teorie obecné relativity, ve které vědec učinil několik inovativních pozorování o gravitačních účincích černých děr.

Černé díry jsou pro Einsteina „deformace v časoprostoru způsobené masivním množstvím koncentrované hmoty“. Jeho teorie podporovaly rychlý pokrok v oblasti a umožnily klasifikaci různých typů černých děr:

Schwarzschildova černá díra

Černé díry Schwarzschilda jsou ty, které nemají elektrický náboj a také nemají úhlový impuls, to znamená, že se neotáčejí kolem své osy.

Kerr Black Hole

Kerrové černé díry nemají žádný elektrický náboj, ale otáčí se kolem své osy.

Reissner-Nordstrom Černá díra

Černé díry Reissner-Nordstrom mají elektrický náboj, ale neotáčejí se kolem své osy.

Kerr-Newman Black Hole

Černé díry Kerr-Newman jsou elektricky nabité a rotují kolem své osy.

Teoreticky se všechny typy černých děr nakonec stávají Schwarzschildovými černými dírami (statický a žádný elektrický náboj), když ztratí dostatek energie a přestanou se otáčet. Tento jev je známý jako Penroseův proces . Jediný způsob, jak odlišit jednu černou díru od Schwarzschilda od druhé, je v těchto případech měřením její hmotnosti.

Struktura černé díry

Černé díry jsou neviditelné, protože jejich gravitační pole je nevyhnutelné i pro světlo. Černá díra má tedy vzhled temného povrchu, ze kterého se neodráží nic, a neexistuje žádný důkaz toho, co se stane s prvky, které jsou do něj nasávány. Z pozorování účinků, které způsobují v jejich okolí, však věda strukturuje černé díry v horizontu událostí, singularitě a ergosféře .

Horizont událostí

Hranice gravitačního pole černé díry, ze které není pozorováno nic, se nazývá horizont událostí nebo bod, kde se nevrátí .

Grafické znázornění horizontu událostí, který je k dispozici NASA, ve kterém je pozorována dokonalá koule z místa, kde není emitováno žádné světlo.

Ačkoli se jedná pouze o gravitační důsledky, horizont událostí je považován za součást struktury černé díry, protože je počátkem pozorovatelné oblasti jevu.

Je známo, že jeho tvar je dokonale sférický ve statických černých dírách a šikmo v rotujících černých dírách.

Vzhledem k gravitační dilataci času, vliv hmotnosti černých děr na časoprostor způsobí, že horizont událostí, dokonce i mimo jeho rozsah, má následující účinky:

  • Pro vzdáleného pozorovatele by se hodiny v blízkosti horizontu události pohybovaly pomaleji než další dál. Zdá se, že jakýkoli předmět, který je nasáván do černé díry, zpomaluje, dokud se nezdá, že je časem ochromen.
  • Pro vzdáleného pozorovatele by objekt přibližující se k horizontu události předpokládal načervenalý odstín, což je důsledek fyzického jevu známého jako redshift, protože frekvence světla je snížena gravitačním polem černé díry.
  • Z hlediska předmětu by čas prošel celým zrychleným tempem pro celý vesmír, zatímco pro sebe by čas prošel normálně.

Singularita

Centrální bod černé díry, kde se hmota hvězdy stala nekonečně koncentrovanou, se nazývá singularita, o které je málo známo. Teoreticky, singularita obsahuje celkovou hmotnost hvězdy, která se zhroutila, přidaná k hmotnosti všech těl nasávaných gravitačním polem, ale nemá žádný objem ani povrch.

Ergosphere

Erfosféra je oblast, která obchází horizont událostí v rotujících černých dírách, ve kterých je nemožné, aby se nebeské tělo zastavilo.

Přesto podle Einsteinovy ​​relativity má každý rotující objekt tendenci přetahovat časoprostor blízko něj. V rotující černé díře je tento efekt tak silný, že by bylo nezbytné, aby se nebeské těleso pohybovalo v opačném směru rychlostí větší, než je rychlost světla, aby zůstalo stát.

Je důležité nezaměňovat účinky ergosféry s účinky horizontu události. Ergonomie nepřitahuje objekty gravitačním polem. Vše, co s ním přijde do styku, bude tedy přemístěno pouze v časoprostoru a bude přitahováno pouze tehdy, když protne horizont událostí.

Stephen Hawking teorie na černých dírách

Stephen Hawking byl jedním z nejvlivnějších fyziků a kosmologů 20. a 21. století, mezi jeho četnými příspěvky Hawking vyřešil několik vět navržených Einsteinem, které přispěly k teorii, že vesmír začal v singularitě, což dále posiluje tzv. Theory of Velký třesk .

Hawking také věřil, že černé díry nejsou úplně černé, ale vydávají malá množství tepelného záření. Tento efekt byl známý ve fyzice jako Hawking radiace . Tato teorie předpovídá, že černé díry by ztratily hmotu s uvolněným zářením a v extrémně pomalém procesu by se zmenšovaly až do vymizení.