Niektórzy astronomowie sądzą, że masa czarnej dziury odpowiada milionom, a nawet miliardom mas Słońca. Tak potężny obiekt wytwarza niezwykle silne pole grawitacyjne, pochłaniające materię i promieniowanie. Dlatego obserwacja samych czarnych dziur jest niemożliwa. Astronomowie wykrywają je w sposób pośredni. Czarna dziura przyciąga z pobliskich gwiazd gaz oraz pył z przestrzeni międzygwiezdnej. W ten sposób powstaje tzw. dysk akrecyjny, który można obserwować z Ziemi. W 1994 r. za pomocą teleskopu Hubble’a w centralnej części galaktyki M87 odkryto dysk wirujący z prędkością 2 mln km/godz. – to prawie 1 proc. prędkości światła. Wewnątrz niego może znajdować się supermasywna czarna dziura. Inny sposób na wykrycie takiego obiektu to mierzenie odchylenia światła w silnym polu grawitacyjnym. Tak można szukać samotnych czarnych dziur, które – zgodnie z przypuszczeniami naukowców – są rozrzucone po galaktykach.
Dysk akrecyjny Skupisko pyłu i gazu, które wpada do czarnej dziury. Centralna część dysku może mieć nawet 100 mln st. C i emituje promieniowanie. Dysk kręci się z ogromną prędkością – jeżeli zderzy się z nim materia z innych gwiazd, pojawiają się jasne gorące rozbłyski.
1. Czerwony olbrzym Ma niewielką masę (od 0,8 do 5–10 mas Słońca) i ogromną średnicę (nawet 100 razy większą niż Słońce). Swą ewolucję kończy jako biały karzeł albo gwiazda neutronowa.
2. Nadolbrzym Ma średnicę sięgającą nawet 1500 średnic Słońca. Żyje bardzo krótko – zaledwie kilkadziesiąt milionów lat. Może zmienić się w czarną dziurę.
3. Eksplozja Zewnętrzne warstwy gwiazdy zostają odrzucone, a żelazne jądro zapada się.
4. Gęste jądro Składa się z neutronów upakowanych gęściej niż w jądrze atomowym. Taka materia ma ogromną gęstość.
Czarna dziura niekoniecznie czarna? W styczniu 2014 r. Stephen Hawking – jeden z czołowych badaczy czarnych dziur – ogłosił, że takowe nie istnieją. Istnieją natomiast szare dziury. W ten dowcipny sposób słynny fizyk zaproponował rewolucyjną zmianę w teorii czarnych dziur: odrzucenie horyzontu zdarzeń. Zdaniem Hawkinga granicą takiego obiektu miałaby być płynna strefa szarości, której dokładniejszy opis wymagałby pogodzenia teorii Einsteina z teorią kwantową. Jak to działa Obserwacja czarnych dziur 36 Focus — Październik 2014 Czarne dziury Co dzieje się z gwiazdą, gdy jej paliwo jądrowe wyczerpie się? Jeśli ma bardzo dużą masę, może zamienić się w czarną dziurę. Te niezwykłe obiekty wytwarzają ekstremalnie silne pole grawitacyjne FO1410_JTD_Czarna_dziura.indd 36 9/2/14 4:05 PM
Pulsary Pierwszy pulsar (gwiazda neutronowa emitująca fale radiowe) został odkryty w 1967 r. Pulsary kręcą się wokół własnej osi z prędkością 30 obrotów na sekundę i emitują silne pole magnetyczne. Dwa bieguny tego pola są źródłem fal radiowych. Ruch obrotowy gwiazdy sprawia, że fale te docierają do obserwatorów w postaci regularnych impulsów.
Pożeranie gazów z nadolbrzyma Jeśli pulsar jest częścią układu podwójnego – czyli towarzyszy mu druga gwiazda – przyciąga gaz pochodzący z gwiazdy sąsiadki. Jego powierzchnia nagrzewa się i zaczyna wysyłać promieniowanie rentgenowskie.
Czarna dziura Zakrzywia czasoprzestrzeń tak silnie, że nic nie może się z niej wydostać. Jej granicę wyznacza tzw. horyzont zdarzeń. Być może wewnątrz czarnej dziury istnieje tunel czasoprzestrzenny. Teoretycznie można by przez niego podróżować błyskawicznie w odległe rejony kosmosu.
Zakrzywiona czasoprzestrzeń Według teorii względności Alberta Einsteina grawitacja nie jest siłą, ale zakrzywieniem czasoprzestrzeni. Tworzy ono studnię grawitacyjną, której głębokość zależy od masy obiektu. W tym ujęciu planeta krążąca wokół gwiazdy jest wciągana w zakrzywioną przez gwiazdę przestrzeń. Ekstremalnie silna grawitacja czarnej dziury tworzy studnię, z której nic nie może uciec.
- Słońce tworzy płytką studnię grawitacyjną.
- Biały karzeł silniej zakrzywia czasoprzestrzeń, przyciągając obiekty poruszające się z większymi prędkościami.
- Gwiazda neutronowa przyciąga materię poruszającą się z prędkością sięgającą połowy prędkości światła.
- Czarna dziura Zakrzywia czasoprzestrzeń tak silnie, że nic nie może się z niej wydostać. Jej granicę wyznacza tzw. horyzont zdarzeń. Być może wewnątrz czarnej dziury istnieje tunel czasoprzestrzenny. Teoretycznie można by przez niego podróżować błyskawicznie w odległe rejony kosmosu.
Gwiazdy neutronowe Końcowa postać gwiazdy, której masa wynosi między 10 a 20 mas Słońca. Po wypaleniu się lekkich pierwiastków zasilających reakcje termojądrowe pozostaje niewielkie gęste jądro. Materia w nim składa się z neutronów, które są bardzo ściśle upakowane. W centrum gwiazdy neutronowej panują ekstremalne warunki, których naukowcy nadal nie są w stanie zrozumieć. Silne pola magnetyczne i grawitacyjne powodują, że gwiazda neutronowa może zamienić się w pulsar. Pod koniec życia gwiazda neutronowa traci ponad 90 proc. swojej początkowej masy.