O gaura neagra este definita de viteza de evadare care ar trebui sa fie atinsa pentru a scapa de atractia gravitationala exercitata asupra unui obiect. De exemplu, viteza de evadare a Pamantului este de 11 kilometri pe secunda. Orice obiect care vrea sa scape de atractia gravitationala a Pamantului trebuie sa se deplaseze cu cel putin 11 km/s, indiferent de ce fel de obiect este – o racheta sau o minge de fotbal. Viteza de evadare a unui obiect depinde de cat de compact este acesta. O gaura neagra este un obiect atat de compact incat, la o anumita distanta de ea, nici macar viteza luminii nu este suficient de rapida pentru a scapa. In acest articol vom afla mai multe despre aceste “aspiratoare” masive numite gauri negre.
Un tip comun de gaura neagra este cel produs de unele stele aflate pe moarte. O stea a carei masa este de 20 de ori mai mare decat a soarelui nostru poate produce o gaura neagra la sfarsitul vietii sale. In viata normala a unei stele are loc un razboi constant intre gravitatie si presiune. Reactiile nucleare din miezul stelei produc energie. In cea mai mare parte a vietii unei stele, gravitatia si presiunea se echilibreaza una pe alta, asa ca steaua este stabila. Cu toate acestea, atunci cand steaua ramane fara combustibil, gravitatia preia controlul, iar materialul din miezul stelei este comprimat si mai mult. Cu cat miezul stelei este mai masiv, cu atat este mai mare forta gravitatiei care comprima materialul, determinandu-l sa se prabuseasca sub propria greutate.
Atunci cand o stea foarte masiva isi epuizeaza combustibilul, aceasta explodeaza in cadrul unei supernove. Straturile exterioare ale stelei sunt expulzate in mod violent in spatiu, in timp ce miezul se prabuseste sub propria greutate. Pentru a crea un miez masiv, o stea trebuie sa fie de cel putin 20 de ori mai masiva decat soarele. Daca miezul este extrem de masiv (de aproximativ 2,5 ori mai masiv decat soarele), nu exista nicio forta repulsiva in interiorul stelei care sa poata impiedica gravitatia sa provoace prabusirea acestuia intr-o gaura neagra. Apoi, miezul se compacteaza intr-un punct matematic cu volumul zero, despre care se spune ca are o densitate infinita. Acest lucru este numit “singularitate”. Cand acest lucru se intampla, este nevoie de o viteza mai mare ca a luminii pentru ca un obiect sa poata evada. Niciun obiect nu poate atinge viteza luminii. Distanta de la gaura neagra, la care viteza de evadare este egala cu viteza luminii, se numeste “orizontul evenimentului”. Orice element, inclusiv lumina, care trece prin orizontul evenimentului spre gaura neagra, este prins pentru totdeauna.
Detectarea unei gauri negre
O gaura neagra este invizibila, deoarece nici macar lumina nu poate scapa din aceasta. De fapt, cand ipoteza gaurilor negre a fost emisa pentru prima data, ele au fost numite “stele invizibile”. Daca gaurile negre sunt invizibile, atunci cum stim ca exista? Acesta este motivul pentru care gasirea unei gauri negre in spatiu este atat de dificila. Totusi, o gaura neagra poate fi gasita in mod indirect prin observarea efectului sau asupra stelelor si gazului din apropierea sa.
De exemplu, sa luam in considerare un sistem dublu de stele, in care aceste doua stele se afla foarte aproape una de cealalta. Daca una din aceste doua stele explodeaza intr-o supernova si creeaza o gaura neagra, gazul si praful de la steaua cealalta ar putea fi atrase de aceasta gaura neagra daca steaua se apropie prea mult. In acest caz, gazul si praful sunt atrase catre gaura neagra si incep sa orbiteze in jurul orizontului evenimentului, iar apoi in jurul gaurii negre. Gazul se comprima foarte mult, iar frictiunea care se dezvolta intre atomi transforma energia cinetica a gazului si prafului in caldura si sunt emise raze x. Utilizand radiatiile care provin de la materialul ce orbiteaza gaura neagra, oamenii de stiinta ii pot masura caldura si viteza. Datorita miscarii si caldurii materiei care circula, putem deduce prezenta unei gauri negre. Materia fierbinte care se roteste in apropierea orizontului evenimentului unei gauri negre se numeste disc de acumulare.
Numai stelele cu mase foarte mari pot deveni gauri negre. De exemplu, soarele nostru nu este indeajuns de masiv incat sa poata deveni o gaura neagra. Peste 4 miliarde de ani, cand soarele va ramane fara combustibil nuclear, acesta va avea parte de o moarte linistita. Stelele de acest tip isi incheie viata ca stele pitice albe. Stelele mai masive, cum ar fi cele cu masa de cel putin 20 de ori mai mare decat a soarelui, ar putea crea in cele din urma gauri negre. In functie de cat de masiv este miezul sau, o stea poate deveni o stea neutronica si-si poate opri colapsul, sau poate continua sa se prabuseasca intr-o gaura neagra. O gaura neagra formata dintr-o stea se numeste “gaura neagra stelara”.
Tipuri de gauri negre
Conform teoriilor, ar putea exista trei tipuri de gauri negre: stelare, supermasive si gauri negre in miniatura (in functie de marimea lor). Aceste gauri negre se formeaza in moduri diferite. Gaurile negre stelare sunt cele despre care am vorbit mai sus. Cel mai probabil, gaurile negre supermasive exista in centrul celor mai multe galaxii, inclusiv in centrul galaxiei noastre. Masa unei asemenea gauri negre poate fi egala cu masa a miliarde de sori. In partile exterioare ale galaxiilor exista distante mari intre stele. Cu toate acestea, in regiunea centrala a unei galaxii, stelele sunt dispuse mult mai aproape una de cealalta.
Deoarece totul este strans “impachetat” in regiunea centrala, o gaura neagra aflata in centrul galaxiei poate deveni din ce in ce mai masiva pe masura ce stelele care orbiteaza in apropiere sunt capturate de atractia gravitationala a acesteia. Prin masurarea vitezei stelelor care orbiteaza in apropiere de centrul galaxiei, putem deduce prezenta unei gauri negre supermasive si ii putem calcula masa. Uneori, se pot gasi doua jeturi de gaz fierbinte dispuse perpendicular pe discul de acumulare al unei gauri negre supermasive. Aceste jeturi pot avea lungimi de milioane de ani lumina. Cel mai probabil, jeturile sunt cauzate de interactiunea particulelor de gaz cu puternicele campuri magnetice care inconjoara gaura neagra. Observatiile facute cu ajutorul telescopului spatial Hubble au furnizat cele mai bune dovezi ale faptului ca gaurile negre supermasive chiar exista.
Gauri negre in miniatura
Mecanismele exacte care au ca rezultat crearea unor gauri negre in miniatura, nu au fost inca identificate in mod precis, insa exista o serie de teorii legate de acestea. Ideea de baza este ca gaurile negre in miniatura s-ar putea sa se fi format la scurt timp dupa Big Bang, acum 15 miliarde de ani. La inceputurile universului, expansiunea rapida a unor portiuni de materie ar fi putut comprima materia care se misca mai incet pentru a forma gauri negre. Unii oameni de stiinta sunt de parere ca gaurile negre se pot “evapora” si pot exploda. Timpul necesar pentru evaporarea unei gauri negre depinde de masa acesteia. Gaurile negre foarte masive ar avea nevoie de mai mult timp decat varsta acceptata a universului. Se crede ca numai gaurile negre in miniatura sunt capabile sa se evapore in timpul existent al universului. Pentru ca o gaura neagra formata in momentul Big Bang-ului sa se evapore azi, masa ei trebuie sa fie de 1015g. In timpul fazei finale a evaporarii, o asemenea gaura neagra ar exploda cu o forta de cateva trilioane de ori mai mare decat cea mai puternica arma nucleara a noastra. Totusi, pana acum nu s-au gasit dovezi ale existentei gaurilor negre in miniatura.
Astronomii au gasit dovezi convingatoare ale existentei unei gauri negre supermasive in centrul galaxiei M87, precum si in multe alte galaxii. Descoperirile se bazeaza pe masuratorile vitezei unui vartej de gaz fierbinte care orbiteaza in jurul gaurii negre. In 1994, telescopul spatial Hubble a realizat masuratori fara precedent ale masei unui obiect nevazut, aflat in centrul galaxiei M87. Bazandu-se pe energia cinetica a materialului care se invarte in centrul obiectului, oamenii de stiinta au dedus ca masa obiectului este de 3 miliarde de ori mai mare decat a soarelui nostru si pare sa fie concentrata intr-un spatiu mai mic decat sistemul nostru solar. Chiar daca gaurile negre nu pot fi vazute, astronomii au demonstrat existenta acestor obiecte fenomenale si chiar infricosatoare care pot inghiti orice.
