NASA definiuje czarną dziurę jako region o tak ogromnej grawitacji, że nic, nawet światło, nie może z niego uciec. Widoczna granica tego regionu nosi nazwę horyzontu zdarzeń: punkt, w którym prędkość potrzebna do ucieczki z przyciągania grawitacyjnego przekracza prędkość światła, zgodnie z oficjalnym przeglądem czarnych dziur NASA.
Wewnątrz tej granicy, zgodnie z edukacyjną witryną NASA dla publiczności, pozostała materia z zapałej gwiazdy jest uważana za ściśniętą w nieskończenie mały punkt zwany osobliwością. Mimo swojego znikomo małego rozmiaru, jego przyciąganie grawitacyjne rządzi wszystkim w obrębie horyzontu zdarzeń.
Jak tworzy się czarna dziura o masie gwiazdy
NASA stwierdza, że czarna dziura o masie gwiazdy tworzy się, gdy gwiazda o masie ponad około 20 razy większej od Słońca wyczerpuje paliwo jądrowe w swoim jądrze i zapada się pod własnym ciężarem. Zawalenie się wyzwala supernową, która zdmuchuje zewnętrzne warstwy gwiazdy, podczas gdy jądro stale pada do wewnątrz. Gdy zapadające się jądro przekroczy około trzy masy słoneczne, zauważa NASA, zapakowywanie się w czarną dziurę staje się nieuniknione, ponieważ żadna znana siła nie może go zatrzymać.
Gwiazda normalnie utrzymuje swoją formę, ponieważ ciśnienie zewnętrzne z syntezy jądrowej równoważy wewnętrzne przyciąganie jej własnej grawitacji. Gdy paliwo się wyczerpuje, ta równowaga się psuje, a grawitacja ściska jądro, aż tworzy się czarna dziura, zgodnie z tym samym wyjaśnieniem NASA.
Nie wszystkie czarne dziury są tego samego rozmiaru
Przegląd czarnych dziur NASA wyróżnia kilka kategorii według masy. Czarne dziury o masie gwiazdy wahają się od około trzech do kilkudziesięciu mas słonecznych i są rozproszone w całej Drodze Mlecznej. Supermasywne czarne dziury, znalezione w centrach większości dużych galaktyk, w tym naszej, ważą od 100 000 do miliardów mas słonecznych.
Trzecia kategoria, czarne dziury o masie pośredniej, ważące około 100 do ponad 10 000 mas słonecznych, długo były podejrzewane i tylko kilka kandydatów zostało zidentyfikowanych poprzez dowody pośrednie, zgodnie z NASA. NASA opisuje detekcję fal grawitacyjnych z 2019 roku, omawianą poniżej, jako najbardziej przekonujący przykład tej klasy do tej pory.
Kategorie czarnych dziur według masy (NASA)| Kategoria | Typowa masa | Gdzie znalezione |
|---|
| O masie gwiazdy | ~3 do kilkudziesięciu mas słonecznych | W całej Drodze Mlecznej |
|---|
| O masie pośredniej | ~100 do ponad 10 000 mas słonecznych | Najbardziej przekonujący przykład fuzji fal grawitacyjnych z 2019 roku (GW190521) |
|---|
| Supermasywna | 100 000 do miliardów mas słonecznych | Centra większości dużych galaktyk |
|---|
Dowód, który nie opiera się na widzeniu światła
Ponieważ czarne dziury nie emitują światła, naukowcy potwierdzają ich istnienie pośrednio. NASA wskazuje na kilka metod: detekcja promieni rentgenowskich i fal radiowych z materii nagrzanej do ekstremalnych temperatur w pobliżu horyzontu zdarzeń, obserwacja strumieni cząstek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła, które emitują fale radiowe, promienie rentgenowskie i promienie gamma, oraz detekcja fal grawitacyjnych — fale w czasoprzestrzeni po raz pierwszy zmierzone w 2015 roku z wydarzenia zwanego GW150914, kiedy dwie czarne dziury poruszały się w spirali i połączyły się, zgodnie z NASA.
Metoda fal grawitacyjnych później doprowadziła do pierwszego potwierdzenia czarnej dziury o masie pośredniej. LIGO Scientific Collaboration i Virgo Collaboration ogłosiły 2 września 2020 roku, że wykryły sygnał, oznaczony jako GW190521, z wydarzenia, które miało miejsce 21 maja 2019 roku, zgodnie z oficjalną stroną wykrywania LIGO. Dwie czarne dziury o masach około 85 i 66 mas słonecznych połączyły się w pojedynczy pozostałek 142 mas słonecznych — pierwsza wyraźna detekcja czarnej dziury o masie pośredniej, twierdzi LIGO.
LIGO zauważa również, że fuzja jest naukowo znacząca, ponieważ masy poprzedników spadają w tak zwany przedział braku stabilności pary, zakres (około 65 do 120 mas słonecznych), w którym standardowa teoria zawalenia się gwiazdy nie przewiduje bezpośredniego tworzenia się czarnych dziur, co sugeruje, że obiekty mogły sami być wynikiem wcześniejszych fuzji.
Widzenie cienia czarnej dziury
Poza detekcją pośrednią, astronomowie utworzyli bezpośredni obraz. Teleskop Event Horizon, globalna sieć radioobserwatoriów, opublikował pierwsze zdjęcie czarnej dziury w 2019 roku — tę w centrum galaktyki M87, szacowaną na 6,5 miliarda mas słonecznych i około 55 milionów lat świetlnych, zgodnie z przeglądem czarnych dziur NASA.
Zdjęcie pokazuje jasny pierścień świecącego gazu otaczającego ciemny centralny "cień", sylwetę rzucaną przez horyzont zdarzeń czarnej dziury na tle światła z wpadającego materiału.
Co pozostaje niepewne
Zgodnie z NASA, pochodzenie supermasywnych czarnych dziur pozostaje słabo zrozumiane, mimo że dowody pokazują, że już istniały we wczesnej historii galaktyk.
Ten tekst przygotowała sztuczna inteligencja, a przed publikacją przeszedł automatyczną kontrolę źródeł. Jeśli widzisz błąd, poproś o sprostowanie. Poproś o sprostowanie lub odpowiedź · Jak to robimy
