Crne rupe

Crne rupe su prvo zamišljane kao zaleđene zvijezde čije su brzine oslobađanja veće od brzine svjetlosti. Sada se smatraju “rupama”, odnosno singularnostima u Einsteinovom prostorvremenu. Sada znamo da se gigantske crne rupe nalaze u centrima galaksija, pa čak i naše galaksije, te da postoje i manje crne rupe koje cijepaju prostor – ostaci mrtvih zvijezda.

Ako baciš loptu iznad sebe, dostiže određenu visinu, te se vraća dolje. Što je jače i većom brzinom baciš, to lopta dostiže veću visinu. Ako bi je bacio jednom određenom brzinom, odnosno dovoljno brzo, izbjegla bi gravitaciju Zemlje, te odletjela u kosmos. Brzina koja je potrebna za ovo je 11 km/s, te se naziva brzinom oslobađanja – oslobađanje od uticaja Zemljine gravitacije. Rakete koje se šalju u kosmos moraju imati ovu brzinu da bi pobjegle sa Zemlje. Brzina oslobađanja je manja na Mjesecu, te je ona samo 2.4 km/s. Ali ako bi stajao na puno masivnijoj planeti, brzina oslobađanja bi mogla biti veća od brzine svjetlosti, tako da čak ni svjetlo ne bi moglo izbjeći gravitaciju planete. Takav objekt, toliko masivan i s tolikom gustoćom da čak ni svjetlo ne može pobjeći s njega, se naziva crnom rupom.

Horizont događaja

Ideja crne rupe se razvila tokom 18. vijeka, od geologa Johna Mitchella i matematičara Pierre-Simona Laplacea. Poslije Einsteinovog predstavljanja teorije relativnosti, Karl Schwarzschild je razradio kako bi crna rupa trebala izgledati. U Einsteinovoj opštoj teoriji relativnosti, prostor i vrijeme su povezani (zbog toga i naziv prostorvrijeme), te se ponašaju kao jedno. Počesto se kao primjer navodi razvučeni gumeni prekrivač, te kugla koja se na njega stavi. Kuglina težina prouzrokuje stvaranje udubljenja u prekrivaču. Isto je sa objektima koji se nalaze u kosmosu, gdje njihove težine prouzrokuju udubljenja u prostorvremenu (“pokrivaču”). Spuštanje u zakrivljeni, odnosno udubljeno prostorvrijeme je ekvivalentno gravitaciji koju tijela doživljavaju pri padu na planetu ili kruženju oko objekata.

Pa šta je onda crna rupa? Na osnovu gore navedenog, to je rupa koja je toliko duboka i čije su stranice toliko okomite da, šta god se približi dovoljno blizu, upada u nju i nije u stanju da se iz nje vrati. To je rupa u prostorvremenu koji je toliko zakrivljen da iz nje nema povratka.

Ako bi te tvoja putanja dovela na određenu udaljenost od crne rupe, tvoja putanja bi bila iskrivljena, ali ne mora značiti da bi i upao u crnu rupu. Ali, ako bi se našao preblizu crne rupe, tvoja putanja bi postala spiralna sa završetkom u rupi. Isto bi zadesilo i foton. Kritička granica između ove dvije situacije se naziva “horizont događaja”. Ono što se nađe u krugu horizonta događaja, završava u crnoj rupi. Ovo obuhvata i svjetlo, fotone.

Upadanje u crnu rupu se može zamisliti kao “špagetificiranje”, odnosno izduživanje objekta koji upada. Razlog je okomitost strana (crne) rupe, tako da je gradient gravitacije vrlo snažan¹ prema crnoj rupi. Ako bi se kojim slučajem našao u situaciji da upadaš u crnu rupu, s nogama prema crnoj rupi, onda bi tvoja stopala i noge jače osjetila gravitaciju nego tvoja glava, što bi prouzrokovalo bolno izduživanje tvog tijela. Uz ovo moramo još dodati vratolomno okretanje oko ose crne rupe, što nam govori da ovo ne bi bio nikako ugodan doživljaj. Jedna od ideja naučnika kako bi spasili život nesretniku koji upada u crnu rupu je u vidu spasilačkog, olovnog prstena. On bi trebao biti toliko težak i posjedovati toliku gustoću da bi mogao neutralizovati gradient gravitacije crne rupe, tako stvarajući “ugodno” putovanje.

Zaleđene zvijezde

Ime “crna rupa” je izmišljeno od Johna Wheelera, 1967. godine, u pokušaju da se zanimljivije opišu zaleđene zvijezde. Zaleđene zvijezde su predviđene 1930-ih godina, u teorijama Einsteina i Schwarzschilda. Radi čudnog ponašanja prostora i vremena blizu horizonta događaja, posmatraču izvana se čini da objekat usporava pri upadanju u okrug horizonta događaja, a to je radi toga što svjetlosni valovi s objekta koriste duže i duže vremena da bi došli do posmatrača. Pri samom prelasku horizonta događaja, za vanjskog posmatrača izgleda da je vrijeme stalo, tako da objekat izgleda kao zaleđen u trenutku prelaska horizonta događaja. Zbog ovoga su predviđene zaleđene zvijezde – zvijezde zaleđene u vremenu u trenutku njihovog kolapsa kroz horizont događaja. Astrofizičar Subrahmanyan Chandrasekhar je predvidio da se zvijezde teže od 1.4 sunčeve mase moraju pri završetku svog života urušiti, odnosno transformirati, u crnu rupu. Ipak, radi Paulijevog principa isključenja, danas znamo da bijeli patuljci (vrsta zvijezda) i neutronske zvijezde uspijevaju održati ravnotežu i ne postati crne rupe koristeći kvantni pritisak. Kroz računanja ovo dovodi do zaključka da je za stvaranje crne rupe potrebna najmanje težina od 3 sunčeve mase. Dokaz za ove teorije o zaleđenim zvijezdama, odnosno crnim rupama je došao 1960-ih godina.

Ako crne rupe gutaju svjetlo, kako ih možemo vidjeti i kako možemo znati gdje su? Postoje dva načina. Prvi, možemo ih primjetiti na osnovu njihove gravitacije kojom vuku objekte prema sebi. I drugi, prilikom usisavanja gasa, odnosno upadanja gasa u crnu rupu, gas se zagrijava i zrači prije nestajanja. Prvi metod je korišten pri otkrivanju ogromne crne rupe u našoj galaksiji, Mliječnom putu. Zvijezde koje su se našle u putanji u blizini crne rupe su bile ubrzane i izbačene izduženim orbitama. Crna rupa Mliječnog puta posjeduje masu veću od milion sunčevih masa, a zgnječena je u području radijusa od oko 10 miliona kilometara (što odgovara oko 30 svjetlosnih sekundi). Crne rupe koje se nalaze u centrima galaksija se nazivaju supermasivnim crnim rupama. Ne znamo još kako su se oformile, ali izgleda da one imaju uticaja na formaciju galaksija u kojima se nalaze. Možda su formirane od prvog dana postojanja galaksija, a možda su i nastale vremenom, urušavanjem mnogih zvijezda u jedno područje.

Drugi način otkrivanja crne rupe je posmatranje i studiranje svjetla (zračenja) koje dolazi iz vrućih gasova prilikom njihovog urušavanja u crne rupe. Kvazari, najsvjetliji objekti u kosmosu, sijaju radi gasa koji upada u supermasivnu crnu rupu u centrima galaksija. Manje crne rupe, s masom od nekoliko sunčevih masa se također mogu identificirati otkrivanjem rentgenskih zraka gasa koji se urušava u crnu rupu.

Crvotočine

Šta se nalazi na dnu crne rupe zamišljenog prostorvremenskog prekrivača? Pretpostavlja se da je dno samo jedan oštri završetak u vidu špica, a pretpostavlja se i to da su one stvarno rupe u prekrivaču, odnosno prostoru i vremenu. Teoretičari su se igrali idejom šta bi se moglo desiti u slučaju spajanja dvije crne rupe. Možeš zamisliti dvije crne rupe na istom prekrivaču, koje bi izgledale kao dvije duge, odnosno, duboke cijevi. Ako bi ih spojili (njihove krajeve), onda bi dobili jednu dugu cijev sa dva izlaza, odnosno crvotočinu. “Naoružan” svojim spasilačkim prstenom, astronaut bi mogao uskočiti u jednu crnu rupu i kroz “cijev” izići kroz drugu. Ova ideja je često korištena u romanima naučne fantastike, kao način putovanja kroz prostor i vrijeme. Možda te crvotočina može odvesti i u potpuno drugi kosmos (dva različita “prekrivača”).

Ideje su mnogobrojne i primamljive, ali nipošto ne smiješ zaboraviti svoj spasilački prsten.

1. Snaga gravitacije se vrlo brzo povećava prema crnoj rupi.

astrobih.com
Obrada: IslamBosna