10 lucruri care trebuie să le ştiţi despre găurile negre

Gaurile negre

Credit Imagine: Birmingham Libraries.

Lucruri interesante despre găurile negre şi ceea ce le face diferite sau din contra nu atât de diferite, de orice altceva în Univers.

1. Ce este o gaură neagră?

Proprietatea principală care defineşte o gaură neagră este orizontul său, care este graniţa unei regiuni din care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa. Dacă regiunea rămâne deconectată pentru totdeauna, vorbim de un orizont de evenimente. Dacă este deconectată doar temporar, putem vorbi de un orizont aparent.

 Gaurile negre stelare

Credit imagine: Adam Apollo, etapele formării unei găuri negre stelare.

Dar temporar ar putea înseamna, de asemenea, că regiunea ar putea rămâne deconectată pentru o perioadă mai mare decât vârsta actuală a universului. În cazul în care orizontul găurii negre este temporar, dar a existat de foarte mult timp, diferenţa dintre ambele cazuri nu pot fi observate.

2. Cât de mari sunt găurile negre?

Puteţi să vă imaginaţi orizontul găurii negre ca o sferă iar diametrul său direct proporţional cu masa găurii negre. Deci, cu cât mai multă masă cade în gaura neagră, cu atât mai largă ea devine.

Totuşi, comparativ cu obiectele stelare găurile negre sunt mici, deoarece masa a fost comprimată într-un volum foarte mic de presiunea gravitaţională enormă.

De exemplu raza unei găuri negre cu o masă aproximativ egală cu cea a Pământului, este doar de câţiva milimetri. Pentru comparaţie, raza actuală a Pământului este aproximativ de 10 miliarde de ori mai mare.

Raza unei găuri negre se numeşte raza Schwarzschild, după numele lui Karl Schwarzschild care primul a dedus gaura neagră ca o soluţie a Teoriei Relativităţii a lui Einstein.

Vedeţi şi: 10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate.

3. Ce se întâmplă la orizont?

Cineva care va traversa orizontul nu va observa nimic diferit în împrejurimile imediate. Aceasta este o consecinţă directă a echivalenţei lui Einstein, cea ce înseamnă că nu se poate face diferenţă între acceleraţia într-un spaţiu plat şi un câmp gravitaţional care determină curbura spaţiului.

Cu toate acestea, un observator departe de gaura neagră care urmăreşte pe cineva care cade în ea va observa că persoana se va mişca tot mai lent cu cât se va apropia mai tare de orizontul găurii. Aceasta se va întâmpla din cauza timpului, care aproape de orizontul găurii negre va merge mult mai lent decât decât departe de orizont. Dar va lua doar un interval finit de timp pentru ca observatorul în cădere să treacă dincolo de orizontul evenimentelor, ca apoi să se regăsească în interiorul razei Schwarzschild.

Cea ce veţi resimţi în orizont depinde de forţele mareice a câmpului gravitaţional. Forţele mareice la orizont sunt invers proporţionale cu pătratul masei găurii negre. Acest lucru înseamnă, că cu cât mai mare şi masivă este gaura neagră cu atât forţele sunt mai mici.

În cazul în care gaura este suficient de masivă, s-ar putea să treceţi orizontul înainte de a vă da seama ce sa întâmplat. Rezultatul acestor forţe mareice este că aţi fi fost întins: pentru acest efect fizicienii utilizează termenul de „spaghettification”.

Efectul "spaghetification"

Credit imagine: Ashley Corbion of http://atramateria.com/,  efectul „spaghetification”.

 

 

La începuturile Teoriei Generale a Relativităţii se credea că există o singularitate la orizont, dar acest lucru sa dovedit a fi greşit.

4. Ce este în interiorul unei găuri negre?

Nimeni nu ştie cu adevărat, dar se poate de spus sigur că nu un raft cu cărţi! Teoria Generală a Relativităţii prezice în interiorul găurii negre existenţa singularităţii, un loc unde forţele mareice devin infinit de mari şi deodată ce treceţi de orizont, nu veţi evita prăbuşirea în singularitate.

Din păcate, teoria relativităţii nu este bine de utilizat în această regiune, pentru că se ştie, aici teoria se distruge. Pentru a fi capabili să spunem ce se află în interiorul unei găuri negre am avea nevoie de o teorie a gravităţii cuantice. În general se crede că această teorie ar înlocui singularitatea cu altceva.

5. Cum se creează găurile negre?

În prezent se ştiu patru moduri diferite de formare a găurilor negre. Cea mai bine înţeleasă, este cea a colapsului stelar. O stea suficient de mare va forma o gaură neagră, după ce fuziunea sa nucleară se va opri, deoarece tot ce se putea fuziona a fost fuzionat.

Când presiunea generată de fuziune se opreşte, materia începe să cadă spre propriul său centru gravitaţional, devenind din ce în ce mai dens. În cele din urmă atât de dens încât nimic nu poate depăşi atracţia gravitaţională de pe suprafaţa stelelor, astfel gaura neagră a fost creată.

Aceste găuri negre sunt numite „găuri negre de masă stelară” şi sunt cele mai simple.

Sgr A* - gaura supermasivă a galaxiei noastre

Imagine credit: Observatorul NASA Chandra X-Ray , imaginea găurii negre supermasive (Sgr A*)din centrul galaxiei noastre.

 

Următorul tip de găuri negre sunt „găurile negre supermasive” care pot fi găsite în centrele multor galaxii şi au mase aproximativ de un miliard de ori mai mare decât găurile negre de masă stelară.

Cum ele exact se formează încă nu este până la urmă clar. Se crede că la început ele s-au format ca găuri de masă stelară în centrele galactice dense înghiţind o mulţime de alte stele şi astfel crescând. Cu toate acestea, ele par a fi consumat materie mai rapid decât sugerează această idee simplă şi faptul cum ele reuşesc acest lucru rămâne încă un subiect de cercetare.

O idee mai controversată sunt „găurile negre primordiale”, care s-ar fi format la colapsul gravitaţional al unei stele mari, dar la o densitate extrem de mare a materiei, prezentă în timpul expansiunii timpurii a universului.

În cele din urmă există o idee foarte speculativă precum că găurile negere mici cu mase similare cu cele a bosonului Higgs se pot forma în LHC (Large Hadron Collider, din engleză, Mare Accelerator de Hadroni). Aceasta funcţionează numai dacă universul nostru ar avea dimensiuni mai mari. Până în prezent, nu a existat nici o observaţie că aceasta ar putea fi cazul.

Vedeţi şi: 20 de curiozităţi despre univers şi informaţii interesante

Găurii negre

Credit imagine: KECK / UCLA Galactic Center Group, detectarea găurii negre după devierea orbitelor stelelor.

 

6. De unde noi ştim că găurile negre există?

Noi avem o mulţime de dovezi observaţionale pentru obiecte foarte compacte, cu mase mari care nu emit lumină. Aceste obiecte se destăinuiesc pe ele însuşi prin atragerea lor gravitaţională, de exemplu prin afectarea mişcării altor stele sau nori de gaz din jurul lor.

Ele de asemenea provoacă aşa numitul efect, lentile gravitaţionale. În plus noi ştim că aceste obiecte nu au o suprafaţă dură.Putem afirma acest lucru reeşind din observaţii, deoarece, spre deosebire de materia ce se prăbuşeşte printr-un orizont, materia care cade pe un obiect cu suprafaţă dură ar provoca o emisie de particule.

Un experiment viitor numit, „Event Horizon Telescope”, va avea ca scop căutarea unui alt semn distinctiv al găurilor negre, fotosfera lor. Acesta este de fapt un efect extrem al lentilelor gravitaţionale.

Lentile gravitaţionale

Credit imagine: P. Marenfeld/NOAO/AURA/NSF, Observatorul Gemini http://www.gemini.edu/node/11703, efectul „Lentile gravitaţionale”.

 

7. De ce Hawking a afirmat anul trecut că găurile negre nu există?

El susţine că găurile negre nu au un orizont a evenimentelor etern ci doar un orizont aparent temporar (vedeţi imaginea 1). La utilizarea unei terminologii stricte şi nu generale, numai la prezenţa unui orizont a evenimentelor se poate vorbi de o gaură neagră.

8. Cum pot găurile negre să emită radiaţie?

Gaură neagră

Credit imagine: Artist’s Impression from MIT.

Găurile negre emit radiaţii provenite de la efectele cuantice. Este important de reţinut că acestea sunt efecte cuantice ale materiei şi nu sunt efectele cuantice ale gravităţii.

Ceea ce se întâmplă este ca dinamica spaţiu-timp a unei găuri negre aflate în colaps (producerea Radiaţiei Hawking reduce masa găurii negre, proces care mai este cunoscut ca evaporarea găurii negre) schimbă noţiunea de particulă. La fel ca trecerea timpului, care devine distorsionat în apropiere de gaura neagră, asemenea şi noţiunea de particule depinde observator.

În special, atunci când un observator cade în gaura neagră el crede că cade în vid, pe când un observator departe de gaura neagră crede că nu este vid, dar din contra o vede ca plină de particule. Aceasta este întinderea spaţiului-timpului însăşi care şi cauzează acest efect.

Prima dată descoperită de Stephen Hawking, radiaţia emisă de găurile negre a fost numită „Radiaţia Hawking”. Această radiaţie are o temperatură care este invers proporţională cu masa găurii negre: cu cât gaura neagră este mai mică cu atât ea este mai caldă.

Pentru găurile negre stelare şi supermasive pe care le cunoaştem, temperatura este mult sub cea a Radiaţiei Cosmice de Fond (radiaţie răspândită în tot Universul, rămasă după Big Bang) şi nu poate fi observată.

Video: Ce este radiaţia Hawking (activaţi subtitrele în română)

9. Ce este paradoxul pierderii informaţiei?

Paradoxul pierderii informaţiei este cauzată de emisia radiaţiei Hawking. Această radiaţie este pur termică cea ce înseamnă că ea este diferită, cu excepţia unei temperaturi specifice.

Radiaţia în special nu conţine nici o informaţie despre cea ce a format gaura neagră. Dar in timp ce gaura neagră emite radiaţii, ea îşi pierde masa şi se micşorează. În cele din urmă, gaura neagră va fi convertită în întregime în radiaţii diferite şi radiaţia care va rămâne va depinde numai de masa găurii negre. Radiaţia nu depinde de loc de detaliile materiei care au formato sau de cea ce a căzut mai târziu în ea.

Prin urmare, dacă se ştie doar starea finală a evaporării, nu se poate spune ce a format gaura neagră. Un astfel de proces este numit „ireversibil” – şi problema este că în mecanica cuantică nu există astfel de procese.

Evaporarea găurii negre prin urmare este incompatibilă cu teoria cuantică aşa cum o ştim noi, conform căreia până la urmă ceva informaţie trebuie să se păstreze. Cumva această inconsecvenţă trebuie să fie eliminată.

Majoritatea fizicienilor cred că soluţia este ca radiaţia Hawking până la urma urmei trebuie să conţină această informaţie.

10. Ce a propus recent Hawking pentru a rezolva problema pierderii informaţiei găurilor negre?

 Gaură neagră

Credit imagine: Dana Berry/NASA, o stea neutronică (L) şi o gaură neagră (R).

Ideea este că găurile negre au un mod de a stoca informaţii care au fost până acum neglijate. Aceste informaţii sunt socate în orizontul găurii negre şi pot provoca schimbări mici a particulilor în radiaţia Hawking. În aceste mici schimbări ar putea exista mici informaţii despre materia înghiţită de gaura neagră.

În prezent încă rămâne neclar cum exact aceasta ar trebui să funcţioneze. Oamenii de ştiinţă sunt în aşteptarea unei lucrari tehnice mai detailate a lui Stephen Hawking, în colaborare cu Malcom Perry şi Andrew Strominger. Lucrarea se zvoneşte să apară la sfârşitul lui septembrie.

La acest moment, suntem siguri că există găuri negre, ştim unde sunt, cum se formează şi cum ele în cele din urmă încetează să existe. Dar detaliile referitor la informaţia care a nimerit în ele şi ce se întâmplă cu ea este încă o bătaie de cap. Dintre toate obiectele din Univers, această problema dată este specifică doar găurilor negre.

Sursă: Medium

Vladimir Moşoglu

Experimentez: Search Engine Optimization, Digital Marketing, Structură Informaţională a web - siturilor. În continue căutare de lucruri interesante şi utile din întreaga lume.

Comentarii

  1. crivoi D a zis

    Daca fizicienii ar analiza interactiunile corpurilor masive conform teoriei sistemelor ar constata cu mare precizie structura, organizarea, functiile intra si extrasistemice care sunt la baza efectelor observate -vezi, (electro)convergenta corpurilor natural din univers

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

Poți folosi aceste etichete și atribute HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>