Czarne dziury cz.1

[Agent_Baton 215]

Czarne dziury

Czarne dziury to jedne z najdziwniejszych i najbardziej przerażających obiektów we Wszechświecie. Czasami, gdy olbrzymia gwiazda eksploduje jako supernowa, jej jądro zapada się i przekształca w bardzo mały obiekt o ogromnej gęstości. Jego oddziaływanie grawitacyjne jest tak silne, że wsysa do swego wnętrza wszystko wokół, nic nie jest w stanie uciec, nawet światło. To właśnie czarna dziura. Jeśli w okolicy czarnej dziury znalazłby się statek kosmiczny, zostałby on wciągnięty w pułapkę jej przyciągania i rozerwany później na strzępy.

 We Wszechświecie są miliardy czarnych dziur ale nie możemy ich zobaczyć gdyż nie emitują światła. Obecność czarnej dziury można stwierdzić, gdy zauważamy, że z położonej w pobliżu gwiazdy wysysany jest gaz. Wyrwany z gwiazdy gaz zaczyna gwałtownie wirować wokół czarnej dziury, osiągając temperaturę 100 milionów stopni Celsjusza, zanim zostanie przez nią wciągnięty.

  

 

Powyżej przedstawiono jak przyciąganie czarnej dziury wyrywa gaz z pobliskiej gwiazdy.

Miliardy lat temu gdy nasza galaktyka była jeszcze młoda, ogromne obłoki gazu zapadły się  tworząc gigantyczne (supermasywne) czarne dziury.

Niektóre z nich mogą osiągać nawet masę miliarda naszych Słońc.

 

 

Powstawanie Czarnej dziury

 Czarne dziury chociaż wewnątrz najprawdopodobniej bardzo do siebie podobne mogą powstawać w różny sposób, w zależności od tego z jakim jej typem mamy do czynienia. Wspólną cechą jest to, że coś musi ścisnąć materię w bardzo dużym stopniu ale sam proces może przebiegać na kilka sposobów.
Część czarnych dziur to pierwotnie powstałe jeszcze w wielkim wybuchu. Zgodnie z tą teorią, cały wszechświat powstał z pierwotnej osobliwości, punkty o niesamowitej wręcz gęstości. W pewnym momencie całość zaczęła się gwałtownie rozszerzać i pod czas tej kosmicznej inflacji mogło dochodzić do powstawania czarnych dziur. Takie czarne dziury nazywamy Pierwotnymi. 

Miały one masę nawet 100 mas Słońca, ale nic nie stało na przeszkodzie by pojawiały się również lżejsze, o masie mniejszej niż  masa naszej  gwiazdy.
Powstawały przez zderzanie się z olbrzymimi energiami powstającej materii i nie potrzebny był kolaps gwiazdy tak jak w przypadku czarnych dziur powstających dzisiaj. 

 Istnieje hipoteza, że w obecnych czasach mogą powstawać mikro czarne dziury, twory o minimalnej masie Plancka wynoszącej około 20 mikrogramów.  To bardzo mała masa mniej więcej tyle na Ziemi waży jajo pchły.

 

Mogą one powstawać w górnych partiach atmosfery, w zderzeniach jej atomów z rozpędzonymi cząsteczkami kosmicznego promieniowania. Takie czarne dziury powstają i niemal natychmiast znikają, a wszystkiemu winne jest prawo Hawking'a. Koncepcja opracowana przez profesora według  której czarne dziury nieustannie tracą swoją masę, a im mniejsze są, tym szybciej się to dzieje.

Fizycy przewidują, że tego typu twory mogą powstawać w zderzaczach cząstek, takich jak np. wielki zderzacz hadronów w Genewie.

Cząstki takie jak protony są w nim rozpędzane do prędkości bliskich prędkości światła po czym zderzane w czułych detektorach. Jeśli zderzy się je z odpowiednio dużą energią, to możliwe jest, przynajmniej teoretycznie wytworzenie mikro czarnych dziur. Swego czasu pojawiały się protesty ludzi, którzy obawiali się wytworzenia takiej mikro czarnej dziury która pochłonęłaby całą Ziemię.

Jak powstają czarne dziury o masie gwiazdowej?

Najnowsze szacunki, mówią wręcz o setkach milionów takich czarnych dziur w samej naszej galaktyce. Aby zrozumieć jak powstają musimy zajrzeć najpierw do wnętrza gwiazd przynajmniej kilka razy masywniejszych od naszego Słońca ponieważ to właśnie takie gwiazdy mają szanse ostatecznie stać się czarną dziurą.
W swoich jądrach, masywne gwiazdy przeprowadzają fuzję jądrową.

 

Olbrzymie ciśnienie i temperatura sprawiają, że jądra lżejszych atomów takich jak np. wodór, łączą się ze sobą tworząc cięższe atomy takie jak przykładowo hel. Kiedy jednak podstawowego paliwa zacznie brakować gwiazda wchodzi w stan agonalny i zaczyna się proces jej umierania. Normalnie ciśnienie promieniowania w jądrze prowadzi do równoważy  działanie do grawitacji, która przy tak olbrzymiej masie chce sprawić aby wszystko zapadło się w sobie. To jak walka siłaczy, z których jeden, ten wewnątrz jądra rozpycha ściany na zewnątrz a siłacze po drugiej stronie, robią wszystko aby ścisnąć całość i zgnieść biednego strongmana w środku. Ostatecznie nawet fakt, że zjadł milion kotletów nie ochroni go przed osłabnięciem a siłacze na zewnątrz, czyli grawitacja, wygrają i spowodują kolaps grawitacyjny gwiazdy. W zależności od jej początkowej masy może stać się gwiazdą neutronowa, bardzo gęstym tworem, w którym materia ściśnięta 
jest tak bardzo, że protony i elektrony łączą się ze sobą, tworząc jeden wielki zbitek złożony głównie z neutronów.

W jaki sposób materia daje się aż tak bardzo ścisnąć?

Nie jesteśmy do końca pewni procesu ale żeby lepiej go zrozumieć musimy przyjrzeć się jak naprawdę wygląda otaczająca nas materia.

 Jak wiemy, materia składa się z atomów. Jednak atom w ponad 99% składa się z niczego. Najwięcej materii, bo aż 99,9% znajduje się w jego jądrze. Reszta to elektrony znajdujące się na powłokach wokół jądra jednak  między jądrem a elektronami jest mnóstwo wolnej przestrzeni.
Gdyby powiększyć jądro atomu do wielkości 2 cm to granice atomu czyli ostatnie powłoki gdzie możemy znaleźć elektrony  kończyłyby się 2 kilometry dalej. A musimy pamiętać, że przecież neutrony i protony w jądrze komórkowym nie są kulkami materii ale składają się z 3 kwarków, między którymi również jest sporo wolnej przestrzeni niż faktycznej materii. Cała ta wolna przestrzeń wypełniona jest oddziaływaniami i jeśli znajdzie się jakaś siła, która będzie w stanie je zaburzyć to ma sporo miejsca gdzie może ściskać tę materię, a grawitacja niewątpliwie taką siłą właśnie jest.

 

 

 

 

Dzisiejszy wpis jest dłuższy niż poprzednie, na temat Czarnych Dziur można bardzo się rozpisać ale mimo wszystko mam nadzieję,

że taka długość będzie odpowiednia do tematyki.