Czarna dziura to prawdziwa „gwiazda” współczesnej astronomii. Jej istnienie jest klasycznym przykładem działania teorii względności Einsteina.
Czarna dziura to twór grawitacji, której podlegają wszelkie cząstki - nawet światło. Sam termin powstał niedawno - wprowadził go do literatury naukowej w 1969 roku amerykański uczony John Wheeler. Idea czarnych dziur pojawiła się jednak dużo wcześniej - już niemal 250 lat temu dopuścili ich istnienie niemal jednocześnie John Michell i Pierre Simone de Laplace. Wykazali oni, że gwiazda o dostatecznie dużej masie i gęstości wytwarzałaby tak silne pole grawitacyjne, iż światło nie mogłoby się z niego oddalić.
Okazało się, że takie grawitacyjne potwory, zasysające wszystko, co znajdzie się w ich zasięgu, naprawdę istnieją. Przynajmniej tak głoszą astronomowie, argumentując, że tylko czarne dziury wyjaśniają dobrze to, co zachodzi w pewnych miejscach wszechświata.
Czarne dziury powstają z niektórych umierających gwiazd - części supernowych lub błękitnych nadolbrzymów. Materia, z której zbudowana jest zwykła gwiazda, podlega działaniu dwóch przeciwstawnych sił: grawitacji, usiłującej ścisnąć materię do centralnego punktu, i ciśnieniu gorącego gazu, który próbuje „rozepchnąć” gwiazdę. Wszystko dobrze, dopóki te dwie siły pozostają w równowadze, ale ilość paliwa w jądrze gwiazd jest ograniczona i w pewnym momencie zwykłe reakcje ustają. Gwiazda nadal wypromieniowuje energię, ale stopniowo się kurczy. Gdy zmniejsza się do rozmiarów, przy których jej gęstość przekracza punkt krytyczny, rolę zaczynają odgrywać reakcje jądrowe pochłaniające duże ilości energii. Równowaga między siłami grawitacji i ciśnienia załamuje się, a gwiazda gwałtownie się zapada. Siła grawitacji na jej powierzchni osiąga nieskończoną wartość.
Czarne dziury dlatego są „czarne”, że z ich pobliża nie może uciec nawet światło. Aby wydostać się z pola grawitacyjnego jakiejś planety czy innego obiektu astronomicznego, ciało musi rozpędzić się do odpowiednio dużej prędkości, zwanej prędkością ucieczki. Prędkość ta zależy od masy i rozmiarów obiektu, z którego „uciekamy”. Jeśli nie zmieniając masy obiektu, będziemy zmniejszać jego promień (a to ma miejsce w momencie kurczenia się gwiazdy), to prędkość ucieczki dla tego obiektu rośnie. Gdy promień staje się odpowiednio mały, prędkość ucieczki staje się równa prędkości światła. A to oznacza to, że nic, nawet światło, nie opuści powierzchni tego obiektu. I właśnie na tym polega „działanie” czarnej dziury. Ten graniczny promień nazywamy promieniem Schwarzschilda lub promieniem grawitacyjnym ciała. Dla Ziemi wynosi on mniej niż 1cm, zaś dla Słońca - niecałe 2,95 km. A zatem aby Ziemia stała się czarną dziurą, trzeba byłoby zmiejszyć ją do kuleczki i promieniu niecałego centymetra przy zachowaniu jej obecnej masy.
Czarne dziury to podstawowe składniki bardziej złożonych obiektów astronomicznych, na przykład części rentgenowskich układów podwójnych, rozbłysków gamma czy aktywnych galaktyk. Bardzo spektakularne są zwłaszcza czarne dziury w układach podwójnych, ponieważ dosłownie „wysysają” materię z drugiej gwiazdy (zobacz film). Także masywne czarne dziury w centrach aktywnych galaktyk powodują w nich silnie świecenie, powstające na skutek opadania otaczającej je materii. Właśnie dlatego obiekty zawierające czarne dziury należą do najjaśniejszych we Wszechświecie.
(ew)
Obejrzyj film o czarnych dziurach – jednych z najbardziej fascynujących obiektów we wszechświecie:
