Звездите са тела с невероятна маса. Те обаче могат да станат още по-масивни в края на живота си. Тогава те могат да преминат от излъчване към поглъщане на светлина, превръщайки се в предполагаеми и мистериозни същества, черни дупки. Те представляват предизвикателство за физиката, която познаваме, и изглежда се противопоставят на много от „правилата“, които сме извели от наблюдението на космоса. Какво знаем за тях?
Какво е черна дупка?
През 1783 г. английският геолог и свещеник Джон Мишел изпраща писмо до Кралското общество, описващо хипотетично тяло, толкова плътно, че дори светлината не може да излезе от него. По това време теорията на Нютон за гравитацията и концепцията за скоростта на бягство са били добре известни. Въпреки че изчисленията на Мишел не успяха малко, концепцията беше правилна. Разбира се, по това време те не са били наричани „черни дупки“. Това име идва през 20 век, предложено от физика Джон Арчибалд Уилър. Черната дупка е толкова плътно тяло, с толкова голяма маса и толкова малък обем, че привлича всичко чрез своята неизмерима гравитация. Толкова много, че дори светлината не може да избяга от нейното привличане. Друг начин за тълкуване е, че изкривява пространството около себе си по такъв начин, че фотоните, които „попадат“ в гравитационния кладенец, генериран от него, не могат да излязат.
През 1783 г. английският геолог и свещеник Джон Мишел изпраща писмо до Кралското общество, описващо хипотетично тяло, толкова плътно, че дори светлината не може да излезе от него. Нека си представим, че се доближаваме до черната дупка. Неговата гравитация не „дърпа по-силно“ от други подобни тела, като това на звездите. Въпреки това, когато намалим разстоянието, тази сила нараства неимоверно. Има точка, наречена хоризонт на събитията. От този момент нататък е необходима скорост, по-голяма от тази на светлината, за да се избегне гравитационната сила. Следователно е „невъзможно“ да се избяга от привличането от този хоризонт. И какво има отвъд? В действителност знаем много малко.
Това, което обхваща хоризонтът на събитията, се нарича сингулярност, защото съдържа цялата маса в една точка, при теоретичен обем от 0. Но това е „невъзможно“, тъй като се разминава с това, което знаем за физиката. В действителност това, което се намира отвъд хоризонта на събитията, е само плод на предположения. Ние не знаем какво се случва „вътре“ в дупката, приблизително и до голяма степен, това е защото не ги разбираме добре.
Има точка, наречена хоризонт на събитията. От този момент нататък е необходима скорост, по-голяма от тази на светлината, за да се избегне гравитационната сила. Следователно е „невъзможно“ да се избяга от привличането от този хоризонт.
Как се прави черна дупка?
Нашето Слънце, например, е сравнително средна звезда или малка, в зависимост от това как го гледате, и има почти две към 30-килограмовата маса. Това е невероятна сума. Както знаем, колкото повече маса, толкова повече гравитация генерира. Така че нашата централна звезда упражнява гравитационна сила, способна да поддържа цялата слънчева система да се върти около нея. Тази сила не е ли достатъчна, за да привлече цялата маса на самото слънце? Защо не се срутва сам, ако е толкова голям? Гигантските реакции, протичащи вътре в него, резултат от ядрен синтез на звезди, произвеждат титанични сили, които пречат на слънцето да „потъне“ в себе си. Но какво би станало, ако ги нямаше такива сили?
Това се случва в края на живота на много звезди. Звездите могат да умрат по различни начини. Някои са изключително жестоки, експлозивни и генерират ужасяващи свръхнови. Други просто избледняват малко по малко. В някои от тези случаи, особено когато звездата е била много голяма, останалият материал може да падне под нейната гравитация, ставайки все по-плътен и по-плътен, заемайки по-малък обем. В тези случаи, с останките от избухнала свръхнова или със звезда, която е достатъчно охладена, материалът става твърде студен и синтезът, който упражнява сила навън върху звездата, не се случва. Така че всеки път, когато гравитацията става все по-голяма и по-голяма, а „дупката“ става все по-малка и по-малка. В един момент се появява черната дупка.
Черни са, но не съвсем
Името на черна дупка е съвсем ясно: тъмна точка, която не пропуска светлина. Въпреки това, разглеждането на квантовите ефекти върху хоризонта на събитията на дупката накара видния Стивън Хокинг да открие физически процес, чрез който дупката може да излъчва радиация. Съгласно принципа на несигурността на квантовата механика, има възможност в хоризонта на събитията да се образуват двойки частица-античастица с кратка продължителност. След това една от частиците ще падне необратимо в дупката, докато другата ще избяга. Този процес се формира строго извън черната дупка, така че не противоречи на факта, че нито една материална частица не може да напусне вътрешността. Има обаче нетен ефект на пренос на енергия от черната дупка около него. Това явление е известно като радиация на Хокинг и неговото производство не нарушава нито един физически принцип.
Благодарение на техническия напредък през последните години, най-накрая успяхме да видим дупка в съседната галактика, M87, със собствените си очи, достигайки един от най-впечатляващите научни етапи на нашето време. От друга страна, през 2008 г. Алън Маршер публикува статия, която описва как се произвеждат колимирани струи плазма в близост до черни дупки, които започват от магнитни полета, разположени близо до ръба им. Отново, строго погледнато, той не се среща „вътре в черната дупка“, следователно е в съответствие с концепцията, която маркирахме от самото начало.
Освен това позволява друг въпрос: наблюдавайте и откривайте този тип явление. Поглъщайки всичко това, както може да очаквате, е почти невъзможно да се „видят“ черни дупки. Доскоро знаехме, че това са косвени откривания. Благодарение на техническия напредък през последните години, най-накрая успяхме да видим дупка в съседната галактика, M87, със собствените си очи, достигайки един от най-впечатляващите научни етапи на нашето време.
