CZARNE DZIURY...
DLACZEGO CZARNE DZIURY WZBUDZAJĄ
TAKIE
ZAINTERESOWANIE?
Dlaczego więc jest tak wielkie
nimi
zainteresowanie?
Czarna dziura jest tzw.
osobliwością w czasoprzestrzeni. Teoretycznie możliwe jest spowolnienie
czasu
do zera w jej pobliżu i możliwa jest realizacja „podróży w czasie i
przestrzeni”.
Zacznijmy może od
spowolnienia w czasie. Absolwent szkoły średniej wie, że im szybciej
porusza
się rakieta tym wolniej płynie w niej czas. Gdyby rakieta mogła
osiągnąć
prędkość światła to czas w niej przestałby by płynąć. Podobna relacja
ma
miejsce w przypadku grawitacji. W rakiecie zbliżającej się do ciała o
dużej
grawitacji coraz wolniej będzie płynął czas. Gdybyśmy mogli odpowiednio
dokładnie mierzyć czas to przekonalibyśmy się, że w piwnicy płynie on
wolniej
niż na 11 piętrze. Im większa grawitacja (większe ciążenie) tym większe
spowolnienie czasu. Jest to już możliwe do zmierzenia w warunkach
ziemskich
wykorzystując odpowiednio wysokie wieże – anteny. Z rozwiązania dla
najprostszego, statycznego modelu czarnej dziury, tzn. takiej która nie
obraca
się, wynika że istnieje taki promień (tzw. promień
grawitacyjny) sfery, większy od
promienia sferycznej czarnej dziury, że czas
ulega na
tej sferze spowolnieniu do zera. Gdyby udało się rakiecie
„zaparkować na
tej sferze”, tzn. gdyby mogła się poruszać po torze o promieniu
grawitacyjnym, to czas w niej przestałby
płynąć. Moglibyśmy
wrócić na Ziemię w jej dalekiej przyszłości. Możliwe jest też w teorii
cofnięcie się w czasie oraz przedostanie się do świata równoległego
(model
rotującej czarnej dziury) albo też do bardzo odległego miejsca w naszym
świecie.
Słyszałam, że
czarne dziury
mają nieprawdopodobny apetyt, są w stanie „pożreć wszystko”. Czy to
obiegowe
określenie jest prawdziwe?
Destruktywny
charakter
czarnych dziur jest powszechnie znany. Istotnie jeżeli w zasięgu
grawitacyjnym
czarnej dziury znajdzie się jakaś gwiazda, nawet bardzo masywna, to
zostanie
wchłonięta przez tą czarną dziurę. Jednak ostatnio, w następstwie
wysokiej
rozdzielczości teleskopu Hubble’a, radioteleskopu VLBA (Very
Long Baseline Array) i obserwatorium satelitarnego Chandra,
zaczyna się obserwować nowe,
twórcze możliwości czarnych dziur. Okazuje się, że gwiazdy i obłoki
międzygwiazdowego gazu poruszają się w pobliżu centrów wielu galaktyk
niezwykle
szybko, pobudzane grawitacją ogromnego, niewidocznego ciała –
najprawdopodobniej czarnej dziury, chociaż nie wyklucza się powodów
bardziej
prozaicznych, takich jak gęste gromady gwiazd.
Czy z tego nie wynika, że
również większe
galaktyki wchłaniają inne?
Wszystko na to wskazuje.
Nasza galaktyka - Droga Mleczna wchłonie pobliskie „obłoki” - Mały i
Wielki
Obłok Magellana. Natomiast sama Droga Mleczna zostanie wchłonięta przez
szybko
zbliżającą się, znacznie większą galaktykę w Andromedzie, co nastąpi za
jakiś
10 miliardów lat.
Z tego wynika, że Ziemia i nasz
Układ
Słoneczny przestaną istnieć?
Jeżeli chodzi o Ziemię to
nie mamy się co martwić na zapas, ponieważ w czasie znacznie krótszym
zostanie
wchłonięta przez powiększające się Słońce, które w końcowej fazie
będzie
czerwonym olbrzymem. Natomiast Układ Słoneczny znajdujący się na
peryferiach
Drogi Mlecznej może funkcjonować dalej w obrębie jakiegoś innego układu
lub
nawet samodzielnie w poszerzonej galaktyce.
Z powyższych
wypowiedzi wynikało by, że czarne dziury nie są wcale tak rzadko
spotykanymi
obiektami jak przypuszczano. Czy udało się bliżej to
wyjaśnić?
Dotychczasowe badania
pozwoliły zauważyć dwie tendencje. Po
pierwsze – supermasywne czarne dziury występują nie tylko w
kwazarach i
kwazaropodobnych galaktykach, lecz również w mniej okazałych
galaktykach.
Jedynym warunkiem koniecznym wydaje się być elipsoidalny kształt całej
galaktyki, bądź zgrubienia centralnego w
płaskiej galaktyce. W galaktykach zupełnie płaskich nie ma czarnych
dziur. Po drugie - masa
każdej czarnej dziury jest w przybliżeniu
proporcjonalna do masy elipsoidalnej galaktyki (co oszacowano na
podstawie ich
jasności) i wynosi w przybliżeniu 0,15 % masy całej galaktyki
eliptycznej, czy
też zgrubienia centralnego. Ostatnio odkryto trzecią prawidłowość:
Okazuje się,
że masa każdej czarnej dziury zależy od średniej prędkości gwiazd
eliptycznej
galaktyki i to nawet w rejonach poza bezpośrednim wpływem czarnej
dziury.
Zależność ta jest wręcz doskonała i została uznana niemal za nowe
prawo.
Czy stąd nie
wynika, że najpierw pojawiła się czarna dziura?
W istocie nasuwa się takie
pytanie czy najpierw pojawiła się czarna dziura i to zdeterminowało
masę
elipsoidy, czy też może stało się to jakoś inaczej. Okazuje się, że
prędkość
gwiazd nie zależy tylko od masy galaktycznej elipsoidy, lecz także od
jej
rozmiarów: im mniejsza elipsoida tym szybciej poruszają się jej
gwiazdy.
Świadczy to o tym, że związek z prędkością jest o wiele bardziej
wyrazisty niż
z jasnością. Aby galaktyka miała superciężką czarną dziurę, musi –
oprócz dużej
masy, być również niezwykle mała i gęsta. Masa czarnej dziury jest więc
determinowana tym wszystkim co wyznacza rozmiary zgrubienia galaktyki,
które
ustalają się podczas jej powstawania. Wszystko zdaje się wskazywać na
to, że
ani czarna dziura ani też zgrubienie nie powstają jako pierwsze. Tworzą
się
równocześnie, ograniczane ilością dostępnej materii i oddziaływaniem
grawitacyjnym ciemnej materii, która ostatecznie decyduje o tym co się
dzieje w
Wszechświecie.
Jaki jest więc początek czarnej
dziury?
W dalszym ciągu nie
wiadomo
jaki jest jej początek oraz w jaki sposób nabrała tak dużej masy i w jaki sposób materia została ukierunkowana
na czarną dziurę i wreszcie dlaczego czarna dziura „przestała pożerać”.
Jakie są prowadzone
aktualnie badania i jaki
jest program dalszych prac?
Aktualnie Kosmiczny Teleskop
Hublle’a sprawdza korelację pomiędzy czarnymi dziurami a zgrubieniami
dla
najbardziej masywnych oraz najlżejszych galaktyk, co jest jeszcze
najmniej
dopracowanym fragmentem badań. Satelita rentgenowski Chandra
(nazwany tak na cześć Subrahmanyana
Chandrasekhara) bada czarne dziury w dalekich i bliskich
galaktykach,
natomiast przy pomocy instrumentów naziemnych kontynuuje się tego typu
pomiary
w Drodze Mlecznej. W tym dziesięcioleciu nowe satelity: Space
Infrared Telscope Facility (Kosmiczne Podczerwone
Urządzenie Teleskopowe) oraz Next
Generation Space Telescope (Teleskop
Kosmiczny Następnej Generacji) – poddadzą drobiazgowej analizie
najwcześniejsze galaktyki.
Czy czytelnikowi nie
zorientowanemu w
problematyce czarnych dziur można zalecić coś prostego, bez wzorów
których nie
zrozumie, do przeczytania?
Polecam książkę Kipa S. Thorna pt. Czarne
dziury i krzywizny czasu wydanej ostatnio w języku polskim
(Prószyński i
S-ka). Nie ma w niej wzorów. Jest
napisana bardzo przystępnie i przez znakomitego fizyka, współautora
najsłynniejszej monografii z zakresu
grawitacji (1973). Jej pierwsze wydanie ukazało się w 1994 roku, a więc
nie tak
dawno.
Acha... Czyli
reasumując... czarna dziura może rozwiązać problem energii oraz może
pozwolić
nam przeprowadzać eksperymenty z czasem – o czym mówiliśmy n a
początku. Nie
jest wykluczone, że kryje w sobie jeszcze wiele innych tajemnic i
możliwości...
____________________________________________________________________________________________________________________________
ADAM
GAWIN & ELŻBIETA GAWIN
ZAPOWIEDŹ
KOLEJNYCH TEKSTÓW - WYWIADÓW
*
Jakie inne zjawiska w kosmosie, warte
uwagi, mogą przynieść zaskakujące sytuacje albo rozwiązania dla naszej
cywilizacji?
*
Jakie kataklizmy grożą Ziemi? Zmiana klimatu, zderzenia z ciałami
niebieskimi, nadmiar śmieci,
pochłonięcie przez słońce...
* Co grozi
Ziemi ze strony kosmosu w najbliższej przyszłości?
* UFO –
to fantazja czy rzeczywistość?
* Wiecej
o podróżach
w czasie.
* Teoria kataklizmów i zaginione cywilizacje