Czarne dziury wydają się być tworem fantastyki naukowej (i w rzeczywistości występują w wielu książkach i filmach science-fiction), więc nierzadko ludzie zastanawiają się, czy czarne dziury są prawdziwe? Jak się okazuje, odpowiedź brzmi tak, choć przez długi czas większość naukowców była przekonana, że czarne dziury są obiektami czysto teoretycznymi.
Czy czarne dziury są prawdziwe? Idea czarnej dziury
Koncepcja czarnej dziury została po raz pierwszy wymyślona przez angielskiego astronoma amatora o nazwisku John Michell w 1783 roku. Michell opierał się na newtonowskim założeniu, że cząstki światła mają masę. Tak więc, używając równania Newtona dla grawitacji, Michell zasugerował, że jeśli istniałby obiekt o promieniu 500 razy większym niż promień Słońca, ale o średniej gęstości Słońca, to jego prędkość ucieczki byłaby szybsza niż prędkość światła. Kilka lat później francuski matematyk i astronom Simon Pierre Laplace doszedł do podobnego wniosku w kwestii, czy czarne dziury są prawdziwe?
Niestety, spekulacje Michella i Laplace’a nie były traktowane poważnie w społeczności naukowej, ponieważ po prostu nie było dowodów sugerujących, że takie egzotyczne obiekty istniały we wszechświecie, lub odpowiedź czy czarne dziury są prawdziwe? Co więcej, eksperyment Thomasa Younga z podwójną szczeliną w 1803 roku potwierdził falową naturę światła i wydawało się niemożliwe, aby grawitacja mogła mieć jakikolwiek wpływ na bezmasowe fale.
NASA
W 1905 roku Einstein wykorzystał efekt fotoelektryczny, aby wykazać, że światło składa się z bezmasowych cząstek zwanych fotonami. Co więcej, jego teoria względności ogólnej, opublikowana w 1915 r., dowiodła, że grawitacja może oddziaływać na te cząstki, mimo że nie mają one masy. Zgodnie z teorią względności, siła grawitacji jest wynikiem odkształcania przez masywne obiekty otaczającej je czasoprzestrzeni (trzech wymiarów przestrzennych i czasu połączonych w czterowymiarowe kontinuum). Ponieważ nawet bezmasowe cząstki, takie jak fotony, powinny przestrzegać krzywizny czasoprzestrzeni, grawitacja może rzeczywiście wpływać na światło.
W 1916 roku Karl Schwarzschild rozwiązał ogólne równania względności Einsteina, aby określić promień obiektu, którego prędkość ucieczki przekroczyłaby prędkość światła. Jednak sam Einstein twierdził, że możliwość istnienia czarnej dziury była niczym więcej niż matematyczną ciekawostką – interesującym przewidywaniem ogólnej teorii względności, ale nie dokładnym odzwierciedleniem rzeczywistości. Dopiero w połowie XX wieku, gdy odkryto gwiazdy neutronowe, astrofizycy zaczęli poważnie rozważać, czy obiekty tak zwarte jak czarne dziury mogą rzeczywiście istnieć.
Dowody na istnienie czarnych dziur
W ostatnich dziesięcioleciach naukowcy zgromadzili wiele dowodów obserwacyjnych pozwalających odpowiedzieć na pytanie: „Czy czarne dziury są prawdziwe?”. Jak sama nazwa wskazuje, nie możemy zobaczyć samych czarnych dziur, ale możemy obserwować wpływ jaki czarna dziura wywiera na swoje otoczenie. Gdy czarne dziury pożerają materię wokół siebie, tworzy ona dysk akrecyjny, który promieniuje głównie w paśmie rentgenowskim widma elektromagnetycznego.
Credit: Keck/UCLA Galactic Center Group/Cosmus
Co więcej, gdy czarne dziury występują w układach wielokrotnych gwiazd, możemy być świadkami ich efektów grawitacyjnych na widoczne gwiazdy towarzyszące. W rzeczywistości, pierwsza prawdziwa kandydatka na czarną dziurę, Cygnus X-1, odkryta podczas lotu balonem w 1964 roku ze względu na silną emisję promieniowania rentgenowskiego, została później uznana za czarną dziurę ze względu na jej wpływ grawitacyjny na ciasno orbitującą masywną gwiazdę. Podobnie, supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej, Sagittarius A*, została potwierdzona przez astronomów monitorujących orbitę gwiazdy S0-2 (w skrócie S2) przez okres 15 ½ roku.
Zainteresowanie wzrosło? Zanurz się głębiej: dowiedz się, jak astronomowie odkrywają historie czarnych dziur, jak czarne dziury mogły ukształtować Wszechświat, a także zerknij na nowy światowy instrument, który pewnego dnia pozwoli nam na rzeczywiste zobrazowanie czarnej dziury. Wpisz swój adres e-mail, aby dołączyć do newslettera Sky and Telescope i pobrać BEZPŁATNY eBook Czarne dziury.