Czy czarne dziury mogą „chorować” na „niestrawność”? Takie porównanie do procesów trawiennych jest dobrym sposobem na zobrazowanie odkrytych niedawno przez astronomów zadziwiających mechanizmów tzw. opóźnionych emisji czarnych dziur. Takie zjawiska nagłego „ożywania” supermasywnych czarnych dziur mogą pomóc w wyjaśnieniu powstawania potężnych dżetów kosmicznych i ewolucji wszechświata.
Ale zacznijmy od podstawowego pytania: czym w ogóle są kosmiczne czarne dziury? Już w 1796 roku francuski matematyk Pierre Simon de Laplace ostrzegał w swojej książce „Exposition du Systeme du Monde”, że w kosmosie istnieją przerażające obiekty o niewielkiej objętości i olbrzymiej masie. Ale dopiero w 1916 roku niemiecki fizyk Karl Schwarzschild wyliczył na podstawie równania pola ogólnej teorii względności Einsteina (ogłoszonej rok wcześniej) istnienie tzw. osobliwości, czyli obiektów lub zjawisk, w których przestają działać teoretyczne prawa fizyki newtonowskiej ze względu na nieskończone wyniki. Większość astrofizyków początkowo odrzuciła tę koncepcję, zakładają, że we wszechświecie nie mogą przecież istnieć obiekty grawitacyjne o tak wielkiej masie i gęstości, z których nawet światło nie może uciec. Jednak w 1931 roku indyjski astrofizyk Subrahmanyan Chandrasekhar wyliczył maksymalną masę białego karła, którą dzisiaj nazywany „granicą Chandrasekhara”, po zwiększeniu której następuje nieunikniona zapaść gwiazdy w obiekt o niewyobrażalnej gęstości. Początkowo nie wiedziano nawet jak nazwać takie zjawisko. W niektórych publikacjach używano określenia „czarne gwiazdy”. Jednak słowo gwiazda nie oddawało prawidłowo natury takiej studni grawitacyjnej, która nie odbijała fotonów niczym ciało doskonale czarne. Dopiero pod koniec lat 60. ubiegłego wieku amerykański fizyk, prof. John A. Wheeler wymyślił i upowszechnił nazwę „czarne dziury”. Chociaż i ta nazwa nie jest do końca odpowiadająca naturze tych kosmicznych potworów, które stanowią 1 procent barionowej materii wszechświata. Dzięki badaniom profesora Stevena Hawkinga wiemy, że „czarne dziury” wcale nie są czarne i mają określoną temperaturę związaną z siłą oddziaływania grawitacyjnego na horyzoncie zdarzeń. Z pomocą mechaniki kwantowej Hawking zapoczątkował nową dziedzinę astrofizyki nazwaną termodynamiką czarnych dziur. Zajmuje się ona powiązaniem własności geometrycznych z określonymi własnościami fizycznymi, w tym przede wszystkim temperaturą, energią i entropią.
40 trylionów pułapek grawitacyjnych
Istnienie czarnych dziur, podobnie jak fal grawitacyjnych wynika bezpośrednio z ogólnej teorii względności Einsteina. Stosując najprostszy możliwy opis można powiedzieć, że czarna dziura to po prostu pewien obszar czasoprzestrzeni tak silnie przyciągający materię, że nic się z niej nie może wydostać. Definicja bardziej naukowa jest związana ze wzorem, który Karl Schartzshild ogłosił w 1916 roku. Nie wnikając w szczegóły za czarną dziurę można uznać każdy obiekt, który jest mniejszy niż objętość wynikająca z jego promienia Schwarzschilda. W takim miejscu niektóre prawa fizyki się załamują lub dają nieskończone wyniki. Humorystycznie zobrazował to Steven Gubser, amerykański profesor fizyki na Uniwersytecie Princetone: „zwykło się mówić, że każdy kamień rzucony pod górę musi kiedyś w końcu spaść, ale we wnętrzu czarnej dziury Schwarzschilda tego typu powiedzenie musiałoby brzmieć bardziej kategorycznie, ponieważ tam niczego nie można podrzucić w górę, jedynie w dół”.
Czytaj więcej
Kula ognia "100 razy większa od Układu Słonecznego" będąca efektem zasysania gazu przez supermasywną czarną dziurę była efektem największej w historii obserwacji astronomicznych eksplozji dostrzeżonej w kosmosie.
Innymi słowy, jak podkreśla Gubser, w środku takiego obiektu „czai się straszliwe, nieskończenie ściśnięte jądro materii” od którego nic nie jest w stanie uciec.
