Crna rupa u m 87

Teško je smisliti nešto tako čudno kao što su crne rupe. To je mogla da napravi samo priroda. Napisano je hiljade knjiga i članaka o crnim rupama, ali opet ono što o njima zaista znamo jeste da su to objekti u svemiru sa neverovatno snažnom gravitacijom. Toliko snažnom da ju je teško objasniti.

ZATO ćete u priči o crnoj rupi uvek neizostavno čuti reč svetlost. Dakle, to je tako snažna gravitacija da (sad sledi čuvena rečenica): ništa njoj, ništa, čak ni svetlost, ne može da utekne. Znači, kada se nešto materijalno dovoljno približi takvoj rupi – gotovo je; tako nešto zauvek nestaje u rupi. Crnoj rupi jedino mašta može da pobegne.

horizont

Postoji oko rupe nevidljiva granica izvan koje vam crna rupa ništa ne može, ali ako je pređete, nestajete sa spiska objekata svemira. Gotovo, nema vas. Eto, ne znam kako to bolje i uverljivije da objasnim. A ta granica zove se horizont događaja. Taj termin smislio je fizičar Volfang (Wolfgang Rindler, 1924 –2019) sa objašnjenjem da je to granica u prostor-vremenu u odnosu na posmatrača iza koje događaji ne mogu da utiču na posmatrača. Ili malo jasnije: svetlo i bilo šta drugo unutar horizonta događaja ne može nikada da stigne do posmatrača (tj. ne može da izađe iz rupe) i mi ništa o tome što je u rupu upalo – ne možemo znati. Kako da i znamo kada nikakve informacije, nikakvi podaci iz rupe ne mogu da izađu do nas.

Ali šta je unutar crne rupe? Pa, naučnici mogu samo da pretpostave jer iz rupe ne stižu nikakve informacije. A te pretpostavke su zasnovane na naučnoj logici, na matematici, raznim poređenjima, analogiji itd. itd. drugim rečima, pokušavam da vas uverim kako su te pretpostavke prilično pouzdane i možete se kladiti na njih iako za njih nema čvrstih, neposrednih dokaza. 

singularitet

Dakle u centru rupe se nalazi singularitet, a singularitet je u fizici tačka u kojoj ekstremne gravitacione sile dostižu beskonačne vrednosti. Ono što tu dospe biva zdrobljeno do ništavila.

otkriće

postojanje crnih rupa proizilazi iz Ajnštajnove Opšte teorije relativnosti, što je otkrio Karl Švarcšild samo mesec ili dva nakon što je Ajnštajn objavio svoj rad. Karl Švarcšild je bio vrlo plodan i svestran fizičar i astronom, posvećen nauci. Do ovog otkrića došao je u slobodnim satima dok je boravio u rovovima na ruskom frontu tokom Prvog svetskog rata. Mnogi fizičari su glatko odbacili Švarcšildovo otkriće jer je ono govorilo o tome da je sva materija crne rupe koncentrisana u centralnoj tački beskonačne gustine i beskonačno malog prečnika, tj. o singularnosti. A singularnost je nešto što bi fizičari radije da izbegnu.  

Međutim, vremenom su fizičari morali da se priviknu i prihvate, mada nevoljno, singularnost. Ona je postojala unutar određenog radijusa koji je, kako smo pomenuli malo pre, dobio ime horizont događaja, a poznat i pod nazivom Švarcšildov radijus. Dok ste izvan tog radijusa možete da se vratite kući, a ako ga pređete - nestajete. 

ime

Svoje ime, crne rupe su dobile 1968. godine zahvaljujući fizičaru Džonu Vileru (John Archibald Wheeler, 1911 —2008) koji nije sumnjao u postojanje crnih rupa. Mnogi fizičari nisu mogli da svare postojanje crnih rupa te su smatrali da pogrešno razumemo gravitaciju i da je opšta teorija relativnosti nepotpuna. 

Ali 1971. godine astronomi su potvrdili postojanje intenzivnog izvora rendgenskog zračenja Cygnus X-1 (što je izvor rendgenskog zraka, prvi koji je prihvaćen kao crna rupa jer se radilo o objektu koji je daleko manji i mnogo gušći od bilo kog  drugog poznatog nebeskog objekta. Drugim rečima, nije imalo šta drugo da bude. Naravno, astronomi nisu mogli da vide samu crnu rupu već svetost koju emituje materija neposredno pre horizonta događaja dok srlja u crnu rupu.

šta ima unutra?

Ono što sve one koji imalo poznaju crne rupe jako interesuje jeste šta je unutra, u crnoj rupi? Neposredno znanje o tome nije moguće imati jer jednostavno nikakve informacije iz crne rupe ne izlaze. Međutim postoje određene logične naučne pretpostavke o unutrašnjosti crnih rupa. I te pretpostavke možemo prihvatiti kao tačne. Delimično.

glavni problem

Kada nešto, bilo šta materijalno, pređe horizont događaja, brzo se, po spirali kreću ka centru rupe. U centri vlada singularnost. Prema teoriji singularnost je oblast beskonačne gravitacije! Hm, upravo to je ono što fizičari ne mogu da svare i smatraju da to nije tačno uprkos svoj matematici koja tako sugeriše. Oni kažu: naše razumevanje relativnosti je nepotpuno: fizika nije uspela da izgladi nepodudaranje relativnost (koja vlada u makro svetu) sa kvantnom mehanikom (koja propisuje ponašanje mikrosveta). Drukčije rečeno prisustvo singularnosti je znak da ne razumemo gravitaciju sveta unutar atoma. 

kako nastaju crne rupe?

Paa, nastaju od velike zvezde na kraju njenog života. Zvezda, najmanje osam puta veća od Sunca, u zadnjoj fazi svoje evolucije formira jezgro od gvožđa i nikla. I tada ogorčena borba dve oprečne sile u zvezdama dostiže vrhunac. Jedna, gravitaciona, snažno privlači omotače zvezde, ceo materijal ka centru, a druga, nuklearna, se istovremeno tome opire i gura materijal ka spolja. To konačno dovodi do katastrofalnog efekta. Zvezda u trenu eksplodira strahovitom snagom. Tu eksploziju zovemo supernova. 

To je jedan scenario, a postoji i drugi.

Najstarije crne rupe su nastale na samom početku univerzuma, manje od sekunde nakon Velikog praska. Pojedini delovi svemira su dostigli apsurdno visoke gustine od kojih su nastale male crne rupe veličine bejzbol lopte. Te primordijalne crne rupe su preplavile svemir, a verovatno lutaju svemirom i dan danas.

Moguće je i da su neke crne rupe nastala nekoliko stotina miliona godina nekog Velikog praska kada su se gigantska područja materije urušila direktno u crne rupe. 

nisu baš sasvim crne.

Ovi objekti su crni jer ne odaju nikakvo svetlo niti bilo koje drugo zračenje. Zato su nazvane crnim. Ali Stiven Hoking je 1976. godine otkrio da čudni kvantni efekti koji deluju na horizontu događaja mogu prouzrokovati da crne rupe polako emituju zračenje. I zato, kaže Hoking, crne rupe nisu baš sasvim crne. Ali pogledajte koliko je to zračenje: tipična crna rupa emituje jedan foton tokom jedne godine! Dakle još jednom: jedan foton tokom jedne godine. Dakle, sasvim zanemarljivo, ali kada vremena ima na pretek onda je i taj jedan foton dovoljan da crna rupa na kraju potpuno ispari. Koliko je to vreme? Pa, ne postoji ime za tako velik broj.

Pomenuto Hokingovo zračenje je potpuno nasumično i – ne nosi nikakvu informaciju o tome šta je u rupu prethodno upalo. 

pad u rupu

Ako biste upali u malu crnu rupu imali biste strašno bolnu, mada kratkotrajnu sudbinu. Čak i pre nego što biste prešli horizont događaja ekstremna gravitacija bi vas sasvim istegla. Ako ste čitali priču o Prokrustu znate o čemu govorim. Stručno rečeno doživeli biste „špagetifikaciju“, a to znači da biste se istegli kao rezanac. Recimo da upadate stopalima u rupu, silna gravitacija bi u trenutku odvukla vaše noge ka centru dok bi vam glava još bila izvan horizonta događaja. 

Ukoliko biste pali u veliku crnu rupu, u kojoj ima prostora između horizonta i jezgra, sam prelazak preko horizonta bio bi lagan – iako svakako konačan. A šta bi dalje bilo – nepoznato je. U stvari bili biste zgnječeni u singularnost i to bi na vašu sreću išlo brzo. 

koja nam je najbliža?

Ali pre odgovora, znamo li uopšte koliko crnih rupa u galaksiji ima? To niko ne zna, a i teško je utvrditi pošto crne rupe nisu vidljive. Njihovo prisustvo se detektuje preko njihovog gravitacionog uticaja na blisku okolinu, ponekad i putem gravitacionih talasa koji nastaju kada se crne rupe spoje ili detektovanjem rendgenskog zračenja koje nastaje kada neki materijalni objekat pada u crnu rupu. A sve to su izuzetno retki događaji koji uz to često prođu nezapaženo u bespuću univerzuma. 

Naravno, astronomi se suočavaju i sa težim problemima pa ipak vrše procene i broja crnih rupa. Njih, dakle ima, zavisno od izvora podataka, između nekoliko stotina miliona i nekoliko milijardi! Neke od crnih rupa mogu biti i sasvim malih dimenzija, ali ima ih i gigantskih, supermasivnih.

Računa se da nam je najbliža crna rupa Gaia BH1 koju je otkrila 2022. misija Gaia, Evropske svemirske agencije. Od nas je daleko 1560 svetlosnih godina. 

Gaia BH1 je binarni sistem koji se sastoji od zvezde glavnog niza G tipa i verovatne crne rupe zvezdane mase, koja se nalazi oko 1.560 svetlosnih godina udaljena od Sunčevog sistema u sazvežđu Ophius. Od 2022. godine, to je najbliži poznati sistem za koji su astronomi prilično uvereni da sadrži crnu rupu, a slede Gaia BH2 i A0620-00. Karakteristike Zvezda i crna rupa kruže jedna oko druge sa periodom od 185,59 dana i ekscentricitetom od 0,45. Zvezda je slična Suncu, sa temperaturom od oko 5,850 K, dok crna rupa ima masu od oko 9,62 M☉. S obzirom na ovu masu, Švarcšildov radijus crne rupe bi trebao biti oko 28 km. (Wikipedija)

 

Sasvim je moguće da postoje i bliže crne rupe tako da gornji podatak o najbližoj crnoj rupi uzmite sa rezervom.    

veličina

Tipična crna rupa ima masu nekoliko do nekoliko desetina masa Sunca. Ima i većih. Tako crna rupa u centru Mlečnog puta poznata pod imenom Saggitarius A* ima masu jednaku masi 4,5 miliona masa Sunca. Ali to je sitnica prema masi crne rupe TON 618 sa 66 milijardi Sunčevih masa. Na našu sreću ona je udaljena 18 milijardi svetlosnih godina od nas.

Pitanje:

razmislite, kako neko telo može biti daleko 18 milijardi svetlosnih godina od nas, ako je svemir star mnogo manje, 13,7 milijardi godina?