Crne rupe odišu misterijom. Oni su neprimjećeni, nekontrolirani i - više od 50 godina nakon prvog predviđanja 1916. godine - nisu otkriveni. Astronomi su od tada pronašli dokaze o crnim rupama u našem svemiru, uključujući i supermasiv u središtu vlastitog Mliječnog puta. Ipak, mnogo je nepoznatih ovih kozmičkih enigmi, uključujući ono što se točno događa s stvarima koje usisavaju svojom titanskom gravitacijom.
Povezani sadržaj
- Kako su astrofizičari pronašli crnu rupu u kojoj nitko drugi nije mogao
- Astronomi se bliže nego ikad više vide crnu rupu
- Supermasivne crne rupe mogu biti češće nego što se mislilo ranije
Prije pedeset godina fizičar John Wheeler pomogao je popularizirati pojam "crna rupa" kao opis srušenih ostataka supermasivnih zvijezda. Prema Wheeleru, koji je skovao i popularizirao nekoliko drugih poznatih astronomskih izraza kao što su "crvotočine", prijedlog je došao od člana publike na astronomskoj konferenciji na kojoj je govorio, nakon što je u više navrata upotrijebio frazu "gravitacijski srušeni objekti za opisivanje kozmičkih divovi.
"Pa, nakon što sam četiri ili pet puta koristio tu frazu, netko iz publike je rekao:" Zašto to ne nazoveš crnom rupom. " Tako sam to i usvojio ”, rekao je Wheeler pisac znanosti Marciji Bartusiak.
Wheeler je dao ime po ideji koju je prvi put istražio Albert Einstein 50 godina ranije, u svojoj utjecajnoj teoriji opće relativnosti. Einsteinova teorija pokazala je da je gravitacija rezultat izobličenja prostora i vremena mase predmeta. Dok se sam Einstein opirao priznavanju mogućnosti crnih rupa, drugi su fizičari koristili njegove temelje da izvade galaktička čudovišta. Fizičar J. Robert Oppenheimer, o slavi atomske bombe, nazvao je ta tijela "smrznutim zvijezdama" u odnosu na ključnu osobinu koju je fizičar Karl Schwarzschild opisao ubrzo nakon što je Einstein objavio svoju teoriju.
To je obilježje bio "horizont događaja": linija koja okružuje crnu rupu u koju je nemoguće pobjeći. Takav horizont postoji zato što na određenoj udaljenosti brzina potrebna da se svaki atom odvoji od gravitacije crne rupe postaje veća od brzine svjetlosti - ograničenja brzine svemira. Nakon što pređete horizont događaja, misli se da se sva materija koja vas čini razbijena nasilno odloži intenzivnim gravitacijskim silama i na kraju sruši u točku beskonačne gustoće u središtu crne rupe, koja se naziva singularnost. Nije baš ugodan put.
Međutim, ovo detaljno objašnjenje smrti putem crne rupe je teoretsko. Intenzivna gravitacija crnih rupa toliko iskrivljuje vrijeme, tako da se promatračima izvan crne rupe predmeti koji padaju u jednu usporavaju i "smrzavaju" blizu horizonta događaja, prije nego što jednostavno izblijedješe. (To zvuči puno ljepše.)
Drugim riječima, unatoč važnosti ovog horizonta događaja, znanstvenici nikada zapravo nisu dokazali njegovo postojanje. A zbog poteškoće u pronalaženju crnih rupa (jer im svjetlost ne može pobjeći, većina je teleskopa nevidljiva), a još manje promatranje istih, nije bilo mnogo šansi za pokušaj. U nedostatku uvjerljivog dokaza, neki su astrofizičari teoretizirali da bi se neki predmeti koje nazivamo crnim rupama mogli dramatično razlikovati od onih za koje smo vjerovali, bez singularnosti i bez događaja. Umjesto toga, mogli bi biti hladni, tamni, gusti predmeti s tvrdim površinama.
Međutim, ovaj skepticizam prema crnoj rupi počeo je privlačiti vlastiti skepticizam, jer su teleskopi napokon uhvatili crne rupe u činu nečeg izvanrednog. U posljednjih sedam godina "ljudi su počeli vidjeti zvijezde kako padaju u crne rupe", kaže Pawan Kumar, astrofizičar sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu, gdje je slučajno Wheeler deset godina predavao teorijsku fiziku. "To su vrlo svijetle stvari koje se mogu vidjeti u milijardama svjetlosnih godina."
Opaženo je više ovih svijetlih, relativno brzih gutanja zvijezda. Prošle godine Kumar je odlučio da će te svjetlosne emisije biti dobar test za dokazivanje postojanja horizonta događaja. "Većina ljudi u zajednici pretpostavljala je da nema tvrde površine", kaže Kumar. Međutim, naglašava, "u znanosti treba biti oprezan. Potreban vam je dokaz."
Tako su 2016. Kumar i njegov suradnik Ramesh Narayan iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziku radili kako bi izračunali kakve ćete efekte očekivati ako se zvijezda koju proguta crna rupa stvarno sudara s tvrdom površinom. Kumar bi bio sličan razbijanju predmeta o stijeni, stvarajući intenzivnu kinetičku energiju koja bi se ispuštala kao toplina i svjetlost mjesecima - ili čak godinama.
Ipak, pregled podataka teleskopa tijekom tri i pol godine nije našao niti jedan svjetlosni potpis koji su izračunali on i Narayan neće biti pušten ako zvijezde zadrže crnu rupu s tvrdom površinom. Na temelju vjerojatnosti, istraživači su predviđali da su trebali pronaći najmanje 10 primjera u tom vremenskom razdoblju.
Kumar ovo istraživanje, objavljeno ove godine u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, naziva "korakom dobre veličine" ka dokazivanju postojanja horizonta događaja. Ali to još uvijek nije sasvim dokaz. Crna rupa teške površine teoretski bi mogla još postojati u proračunima njegove studije. Ali polumjer te površine trebao bi biti unutar milimetra Schwarzschildovog polumjera crne rupe, ili točke u kojoj je brzina potrebna za izbjegavanje njene gravitacije jednaka brzini svjetlosti. (Imajte na umu da Schwarzschildov polumjer nije uvijek isti kao horizont događaja, jer i drugi zvjezdani objekti imaju gravitaciju).
"Ograničenja koja ovaj rad postavlja na polumjer moguće čvrste površine - 4 tisuće posto izvan Schwarzschildovog radijusa za supermasivan kompaktni objekt - su impresivna", kaže Bernard Kelly, astrofizičar iz NASA-e, koji nije bio uključen u ovo istraživanje.
Kumar već ima istraživanja u cjevovodu kako bi se ta granica još više suzila, do točke u kojoj bi bilo gotovo sigurno da ne mogu postojati crne rupe na tvrdoj površini. To bi za njega bio pouzdan dokaz da su tradicionalne crne rupe jedina vrsta crnih rupa koje okupiraju naš svemir. "Ako bude dovršen, po mom će pogledu prilično zatvoriti teren", kaže Kumar. "Imat ćemo čvrste dokaze da je Einsteinova teorija tačna."
