|
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Dysponujemy dziś obserwacjami wskazującymi na istnienie czarnych dziur w paru innych układach, podobnych do Łabędzia X-l, w naszej Galaktyce i w dwóch sąsiednich, zwanych Obłokami Magellana.Jednakże liczba czarnych dziur jest niemal na pewno o wiele większa.W ciągu długiej historii wszechświata wiele gwiazd musiało wypalić swoje paliwo jądrowe i zapaść się.Czarnych dziur może być nawet więcej niż zwykłych gwiazd, których jest około stu miliardów tylko w naszej Galaktyce.Dodatkowe przyciąganie grawitacyjne tak wielu czarnych dziur wyjaśnia, być może, dlaczego galaktyki obracają się tak szybko, jak to obserwujemy — masa widocznych gwiazd jest zbyt mała, by to wyjaśnić.Mamy też pewne podstawy by przypuszczać, że o wiele większa czarna dziura, o masie około stu tysięcy razy większej od masy Słońca, znajduje się w centrum naszej Galaktyki.Gwiazdy, które zbliżają się do tej czarnej dziury, zostają rozerwane wskutek różnicy sił grawitacyjnych między stroną bliższą czarnej dziurze a stroną bardziej odległą.Ich resztki, wraz z gazem porwanym z innych gwiazd, spadają na czarną dziurę.Gaz spadając po spirali, rozgrzewa się, podobnie jak w wypadku Łabędzia X-l, tyle że słabiej, jego temperatura jest zbyt niska, by nastąpiła emisja promieniowania rentgenowskiego.Mechanizm ten może natomiast wyjaśnić istnienie bardzo zwartego źródła fal radiowych i promieniowania podczerwonego, które obserwuje się w centrum galaktyki.Sądzi się powszechnie, że podobne, lecz jeszcze większe czarne dziury, o masach około stu milionów razy większych od masy Słońca, znajdują się w jądrach kwazarów.Materia spadająca na czarną dziurę o tak wielkiej masie stanowi jedyne możliwe źródło energii, dostatecznie silne, by wytłumaczyć pochodzenie olbrzymiej energii, jaką wypromieniowują kwazary.Spadająca na czarną dziurę po spiralnym torze materia sprawia, że czarna dziura zaczyna, obracać się w tym samym kierunku, co materia.Rotacja czarnej dziury powoduje powstanie pola magnetycznego, przypominającego ziemskie pole magnetyczne.Spadek materii sprawia, że w pobliżu czarnej dziury tworzy się bardzo dużo cząstek o wysokiej energii.Pole magnetyczne bywa tak silne, że może zogniskować te cząstki w strugi wyrzucane na zewnątrz wzdłuż osi rotacji czarnej dziury.Takie strugi obserwuje się rzeczywiście w wielu kwazarach i galaktykach.Spróbujmy rozważyć także możliwość istnienia czarnych dziur o masie znacznie mniejszej niż masa Słońca.Takie czarne dziury nie mogły powstać wskutek grawitacyjnego zapadania, ponieważ ich masy są mniejsze niż granica Chandrasekhara: gwiazdy o tak niewielkiej masie są w stanie zrównoważyć siłę ciążenia nawet po wyczerpaniu zapasu paliwa jądrowego.Czarne dziury o małej masie mogą powstać tylko wskutek ściśnięcia materii przez ogromne ciśnienie zewnętrzne.Podobne warunki mogą powstać w trakcie wybuchu bardzo dużej bomby wodorowej.Jak obliczył John Wheeler, gromadząc ciężką wodę zawartą we wszystkich oceanach, można zbudować bombę wodorową zdolną do takiego ściśnięcia materii w swym środku, że powstałaby czarna dziura.(Oczywiście, nikt już nie mógłby jej obserwować!) Bardziej realne jest powstanie czarnych dziur o małych masach w bardzo wysokiej temperaturze i przy ogromnym ciśnieniu panującym we wczesnym okresie historii wszechświata.Wtedy czarne dziury mogły powstać, jeśli tylko wszechświat nie był doskonale gładki i jednorodny, ponieważ tylko mały obszar, w którym materia miała gęstość większą od gęstościśredniej, mógł zostać zgnieciony tak mocno, by powstała czarna dziura.A wiemy przecież, że jakieś zaburzenia jednorodności istnieć musiały, gdyż inaczej materia we wszechświecie byłaby rozłożona doskonale jednorodnie również dzisiaj, zamiast gromadzić się w gwiazdach i galaktykach.Czy nieregularności, konieczne do wyjaśnienia istnienia gwiazd i galaktyk, powodują również powstanie znaczącej liczby “pierwotnych" czarnych dziur, zależy oczywiście od szczegółów warunków początkowych we wczesnym wszechświecie.Jeśli zatem potrafilibyśmy wyznaczyć liczbę pierwotnych czarnych dziur istniejących do dzisiaj, dowiedzielibyśmy się wiele o bardzo wczesnych etapach ewolucji wszechświata.Pierwotne czarne dziury o masie większej niż miliard ton (masa dużej góry) można wykryć tylko dzięki ich grawitacyjnemu oddziaływaniu na widoczną materię lub mierząc ich wpływ na rozszerzanie się wszechświata.Jak się jednak przekonamy w następnym rozdziale, czarne dziury nie są wcale czarne; żarzą się jak gorące ciało, przy czym im są mniejsze, tym mocniej świecą.A zatem paradoksalnie, niewielkie czarne dziury mogą okazać się łatwiejsze do wykrycia niż duże!Rozdział 7CZARNE DZIURY NIE SĄ CZARNEA i do 1970 roku moje badania efektów grawitacyjnych koncentrowały się głównie na problemie istnienia początkowej osobliwości, czyli wielkiego wybuchu.Pewnego wieczoru, w listopadzie tego roku, wkrótce potem jak urodziła się moja córeczka, Lucy, idąc spać, zacząłem zastanawiać się nad czarnymi dziurami.Moja choroba sprawia, że kładzenie się spać jest raczej długotrwałą czynnością, miałem więc wiele czasu.Nie było jeszcze wtedy precyzyjnej definicji stwierdzającej, które punkty leżą wewnątrz czarnej dziury, a które znajdują się na zewnątrz.Już przedtem rozważaliśmy wspólnie z Penrose'em pomysł zdefiniowania czarnej dziury jako zbioru zdarzeń, z których nie można daleko uciec; taka definicja jest dzisiaj powszechnie uznana.Oznacza to, że horyzont zdarzeń, czyli granicę czarnej dziury w czasoprzestrzeni, tworzą trajektorie promieni świetlnych, którym niewiele zabrakło do ucieczki z czarnej dziury i teraz niejako zawisły na zawsze na jej granicy (rys.20) [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Archiwum
|