Ostatnio aktualizowane: 22.04.21

 

Odkrycia astronomii na przełomie wieków są niezwykłe. Początkowo ludzie uważali Ziemię za jedyny obiekt znajdujący się w przestrzeni, dziś jednak wiadomo, że jest to trzecia planeta od Słońca uznawana za jedyną w układzie słonecznym, na której występuje życie. Odkrycia z dziedziny astrologii przybliżają ludziom nieco więcej na temat kosmosu oraz zjawisk zachodzących na niebie, które od czasu do czasu można zaobserwować. Co jednak wiadomo na temat czarnej dziury nadal uważanej za zjawisko niezwykłe i budzące niepokój? 

 

Czarna dziura w kosmosie, czyli co warto wiedzieć o astronomii na przełomie wieków?

Zagłębiając się w temat kosmosu, warto nieco przybliżyć historię wielu ciekawych odkryć dokonanych na podstawie wieloletnich badań przeprowadzonych przez naukowców. Aby jednak dowiedzieć się więcej, należy zacząć od początku, czyli od odkrywania tajemnic Wszechświata. Około 3000 r. p.n.e. pierwsze wzmianki o konstelacjach pojawiają się w kulturze Sumerów zamieszkujących Mezopotamię. Odkrycie Pitagorasa z 500 r. p.n.e. o wirujących strefach wokół kuli ziemskiej dostarcza nieco informacji o systemie geocentrycznym. Matematyk uważał, że Ziemia jako planeta jest kulą, która unosi się w przestworzach, a inne obiekty krążą wokół niej. Zwolennikami tej teorii byli także Archimedes Hipparch oraz Arystoteles, jednak z próby obliczeń Arystarcha z Samos wykonanych 350 r. p.n.e. wynikało, że wielkie Słońce nie może krążyć wokół małej Ziemi, co spowodowało przyjęcie teorii heliocentryzmu. Na podstawie obserwacji, które wówczas były możliwe do przeprowadzenia, Hipparch stworzył pierwszy katalog gwiazd w 150 r. p.n.e. 

Upadek Cesarstwa Rzymskiego spowodował zahamowanie w rozwoju astronomii, co zmieniło się dopiero w momencie powstania islamu oraz rozpoczęcia ekspansji Arabów na tereny dzisiejszej Hiszpanii, a także Egiptu, Syrii czy Mezopotamii. Najeźdźcy zapoznali się z dziełami i odkryciami z dziedziny astronomii, a następnie dokonali tłumaczeń na język arabski. Obserwacja Słońca, planet oraz Księżyca była dla nich bardzo istotna ze względu na religię, wyznaczała post oraz daty ważniejszych świąt. Pierwsze obserwatoria powstały w IX wieku w Bagdadzie oraz XV wieku w Samarkandzie. Mimo dokładnego studiowania, obserwacji oraz bazowania na teorii geocentrycznej zaczęto zauważać, że nie wszystkie zjawiska zachodzą tak, jak przewidziano. Dokonywano różnych zmian takich jak rozmiary epicykli, jednak wciąż nie stanowiło to wyjaśnienia niedokładności. 

Dopiero rozwój nauki w epoce Odrodzenia spowodował, że naukowcy zaczęli przypominać o starodawnych przekonaniach na temat budowy Wszechświata. Istotnej zmiany dokonał w 1543 roku Mikołaj Kopernik, który podczas studiów na Wydziale Sztuk Wyzwolonych Akademii Krakowskiej podjął próbę dokładnego przeanalizowania tez Arystotelesa. Kolejnym etapem w życiu naukowca był wyjazd na studia do Bolonii i Padwy, gdzie utwierdził się w przekonaniach o tym, że Ziemia krąży wokół Słońca znajdującego się w centrum.  Heliocentryczny system Kopernika wykazał, że ruch Słońca, Księżyca oraz gwiazd wynika z tego, że Ziemia się obraca, a sfera gwiazd stałych pozostaje w tym samym miejscu. Odkrycie przewidywało nadal, że planety w układzie poruszają się po okręgach, tworząc epicykle, a same orbity są ekscentryczne. Pomimo zasługi Kopernika i unowocześnienia teorii heliocentrycznej władzom Kościoła nie spodobało się ogłoszenie drukiem dzieła polskiego astronoma. Druk do 1830 roku widniał w indeksie ksiąg zakazanych (przez ok. 200 lat). Równie ważnym odkryciem było wynalezienie pierwszego teleskopu w 1608 roku. W kolejnych latach dokonywano obserwacji tranzytu Wenus przez Jeremiaha Horrocksa oraz wyznaczono prędkość światła w 1676 roku przez Ole Romera. Ważnym odkryciem było ogłoszenie teorii grawitacji Izaaka Newtona w 1687 roku zwanej także prawem powszechnego ciążenia. Prawo to głosi, że każdy obiekt, jaki znajduje się we wszechświecie, przyciąga inny z siłą równą iloczynowi ich mas. Po przetłumaczeniu prawo brzmi w następujący sposób: „Między dowolną parą ciał posiadających masy pojawia się siła przyciągająca, która działa na linii łączącej ich środki, a jej wartość rośnie z iloczynem ich mas i maleje z kwadratem odległości”.

W późniejszych latach dokonano również innych odkryć takich jak przybliżenie rozmiaru oraz kształtu galaktyki w 1783 – 1784 roku, a także wykonano mapy przekroju Drogi Mlecznej. Również wtedy w 1783 roku powstała idea głoszona przez geologa Johna Michella o istnieniu masywnego ciała w kosmosie, z którego nawet światło nie jest w stanie uciec. Był to początek rozważań na temat czarnej dziury, której kontynuacja nastąpiła w 1796 roku i była propagowana przez francuskiego matematyka Pierre Simon de Laplace. W 1846 roku odkryto Neptuna, a w 1905 roku Albert Einstein opublikował szczególną teorię względności o czasoprzestrzeni i ruchu. Dziesięć lat po publikacji STW sformułowano ogólną teorię względności rozszerzającą prawo powszechnego ciążenia. Bezpośrednio związane z tymi wydarzeniami jest pierwsze rozwiązanie OTW, które opisuje obraz czarnej dziury jako matematycznej ciekawostki. W 1916 roku interpretacja Karla Schwarzschilda o regionie czasoprzestrzeni, z którego nic nie ma prawa wyjść, nie zyskała uznania. Zmiany nastąpiły dopiero w latach 60. XX wieku, kiedy to połączono istnienie czarnych dziur z ogólną teorią względności.  

Jak powstaje czarna dziura? 

Powstanie czarnej dziury, czyli obszaru czasoprzestrzeni, której nic nie może opuścić, jest ściśle związane z ogólną teorią względności. Do jej powstania potrzeba dużej ilości masy, która jest zebrana w małej objętości. Większość masy obiektów jest obecna w centrach galaktyki kwazarów określanych jako supermasywna czarna dziura. Niektóre twierdzenia głoszą, że ich zaczątkiem były duże obłoki gazowe lub kolaps hipotetyczny gwiazd III populacji. Wzrost masy następował jedynie w momencie wzmożonej aktywności galaktyki, czyli w fazie kwazara. Największa czarna dziura osiąga wartość mas wynoszącą od kilku milionów do nawet kilkudziesięciu miliardów mas Słońca, gdzie masa znajdująca się w centrum galaktyki Ziemskiej wynosi zaledwie 4 miliony mas Słońca. Obiekty o masie gwiazdowej uważane są za mniejsze i powstają w procesie ewolucji gwiazd. Znane są także hipotetyczne czarne dziury o masie pośredniej, jednak pierwsze obiekty świadczące o ich istnieniu zaobserwowano dopiero w 2012 roku. Ich występowanie może być połączone z obiektami zwanymi ULX, z angielskiego ultraluminous X-ray source, co tłumaczy się jako ultraintensywne źródło rentgenowskie.  

 

Jak wygląda czarna dziura? 

Wygląd czarnej dziury jest trudny do jednoznacznego zdefiniowania. Naukowcy twierdzą, że po części nazwa tego obiektu przedstawia to, czym faktycznie jest. Znacznie częściej pojawiają się jednak określenia takie jak studnia w czasoprzestrzeni, do której można wpaść dosłownie z każdej strony. Po dostaniu się do jej wnętrza wszystko, co się tam znajduje, leci do środka tak samo, jak i przestrzeń. Niektórzy naukowcy porównują czarną dziurę do wodospadu, gdzie oddziaływują siły pływowe. W przypadku supermasywnego obiektu są one niewielkie, a wpadnięcie pod horyzont zdarzeń skutkuje bezustannym spadaniem i rozbiciem się na osobliwości zwanym dnem czarnej dziury. Termin ten jest jednak uważany jedynie za matematyczne miejsce w rozwiązaniu równania matematycznego, które nie ma sensu i jest nieskończone. Przypuszczalnie we wnętrzu czarnej dziury znajdują się efekty kwantowej grawitacji, których, póki co nie da się opisać za pomocą żadnej teorii. Obiektu nie da się zaobserwować bezpośrednio, a ich obecność stwierdza się na podstawie otaczającej materii oraz promieniowania elektromagnetycznego. 

Czym jest horyzont zdarzeń? 

Horyzont zdarzeń jest strefą, która otacza czarną dziurę oraz tunel czasoprzestrzenny. Zjawisko oddziela obserwatora zdarzenia od danych zdarzeń, gdzie nie może otrzymać żadnych informacji. Określa się to także jako granicę znajdującą się w czasoprzestrzeni, gdzie prędkość ucieczki oraz fali jest wyższa niż prędkość światła. Skutkuje to tym, że żaden obiekt czy światło nie mogą wydostać się z tego obszaru. Niektórzy porównują horyzont zdarzeń do błony, która przepuszcza jedynie w jednym kierunku. Fale elektromagnetyczne biegnące w kierunku obserwatora są blokowane, a te w kierunku przeciwnym zostają przepuszczone.  

 

Teleskop Horyzontu Zdarzeń 

Badania prowadzone przez międzynarodowy program naukowy zwany Teleskopem Horyzontu Zdarzeń zajmują się obserwacją przestrzeni znajdującej się w bliskim lub bezpośrednim sąsiedztwie czarnej dziury. Celem programu jest weryfikacja poszczególnych założeń ogólnej teorii względności, zrozumienie procesu opadania materii na ciało niebieskie zwane akrecją oraz bliższe zapoznanie się z powstawaniem dżetów. Program naukowy zajmuje się głównie obserwacją czarnej dziury zwanej Sagittarius A*, która jest w centrum Drogi Mlecznej. Dzięki zaangażowaniu EHT 10 kwietnia 2019 roku wykonano pierwsze zdjęcie czarnej dziury, która znajduje się w centrum galaktyki M87. 

Zdjęcie czarnej dziury 

Fotografia czarnej dziury została wykonana za pomocą 8 radioteleskopów, które rozmieszczono na 5 kontynentach. Dzięki temu powstał obraz o optymalnej rozdzielczości prezentujący obiekt znajdujący się w centrum galaktyki o nazwie Panna A zwanej także jako Messier 87. Położona 53 490 000 lat świetlnych od Ziemi ma średnicę wynoszącą 40 miliardów kilometrów oraz masę około 1500 razy większą od obiektu znajdującego się w naszej galaktyce. Zdjęcie przedstawia jasną materię, która opada wokół horyzontu zdarzeń, ujawniając kontur w postaci ciemnego okręgu znajdującego się w środku kadru. Można sobie jedynie wyobrazić, jak wysoką temperaturę ma gaz otaczający czarną dziurę, skoro jest tak jaskrawo widoczny z takiej odległości. W kolejnych latach międzynarodowy program naukowy z pewnością dokona kolejnych fascynujących odkryć, które warto śledzić i podziwiać. Dla osób zafascynowanych kosmosem dobrym wyborem będzie zakup urządzenia takiego jak lornetka astronomiczna, dzięki której można obserwować ciekawe zjawiska zachodzące na niebie i być bliżej gwiazd.  

 

 

Subskrybuj
Notify of
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments