Czarne dziury tworzą się głównie, gdy rdzeń masywnej gwiazdy zapada po supernowej, lub gdy pierwsze chwile wszechświata pozostawiły ultragestą kieszenie materii. NASA i ESA opisują cztery klasy — gwiazdowe, pośrednie, supermasywne i pierwotne — definiowane głównie na podstawie masy. Ich definiującą cechą jest horyzont zdarzeń: granica, za którą nie może uciec nawet światło.
Ta wersja jest tłumaczeniem maszynowym oryginału (English). Przeczytaj oryginał
Czarna dziura to region przestrzeni, gdzie grawitacja jest tak silna, że nic, nawet światło, nie może uciec raz gdy przekroczy granicę zwaną horyzontem zdarzeń, zgodnie z NASA. Ta jedyna cecha — jednostronna powierzchnia w przestrzeni — to, co czyni te obiekty, a nie ich widoczny rozmiar, najekstremalnymi środowiskami znanymi w fizyce.
Jak tworzy się czarna dziura
Najlepiej rozumiany proces to gwiazdowy zapad. NASA wyjaśnia, że gwiazdy o masie ponad około 20 razy większej niż Słońce ostatecznie wyczerpują swoje paliwo jądrowe; rdzeń następnie zapada w sobie, podczas gdy warstwy zewnętrzne są wysiane w wybuchu supernowej. Jeśli pozostały ściśnięty rdzeń wciąż zawiera więcej niż około trzy masy słoneczne, NASA stwierdza, że żadna znana siła nie może zatrzymać ten rdzeń przed zapadnięciem się w czarną dziurę.
ESA opisuje ten sam mechanizm: gdy gwiazdowy rdzeń powyżej tego progu masy zostaje ściśnięty w wystarczająco małą objętość, jego własna grawitacja przezwycięża każdą inną siłę fizyczną, a obiekt wciąż kurczy się, dopóki światło nie może go już opuścić. Czarne dziury mogą wciąż rosnąć później, przyciągając otaczający gaz, proces zwany akrecją, zgodnie z NASA. ESA zwraca uwagę, że akrecja sama w sobie z trudem wyjaśnia, jak niektóre supermasywne czarne dziury wyrosły tak duże tak wcześnie w historii wszechświata, co jest jednym z powodów, dla których naukowcy badają pośrednie czarne dziury jako możliwe brakujące ogniwo.
Odrębna, mniej ustalona idea dotyczy najwcześniejszych chwil wszechświata. Niektóre teorie proponują, że pierwotne czarne dziury mogłyby się utworzyć bezpośrednio z ekstremalnych warunków wkrótce po Wielkim Wybuchu, bez udziału żadnej gwiazdy. ESA mówi, że jej misja Euclid może pomóc w testowaniu, czy takie obiekty istnieją i czy mogłyby one wyjaśnić część ciemnej materii wszechświata.
Cztery klasy, definiowane na podstawie masy
NASA i ESA grupują czarne dziury w kategorie oparte głównie na tym, ile masy zawierają, ponieważ masa określa rozmiar, siłę grawitacji i ścieżkę tworzenia.
Klasy czarnych dziur według masy (NASA, ESA)
Klasa
Typowa masa (masy słoneczne)
Jak uważa się, że się tworzy
Gwiazdowa
około 3 do kilkadziesiąt
Zapad rdzenia masywnej gwiazdy po supernowej
Pośrednia
około 100 do 10000+
Podejrzewana w niektórych przypadkach, ale rzadko potwierdzona bezpośrednio, zgodnie z NASA
Supermasywna
100000 do miliardów
Pochodzenie nie w pełni zrozumiane; uważa się, że rosną wraz z ich galaktykami macierzystymi, zgodnie z NASA i ESA
Pierwotna (hipotetyczna)
szeroki, niepotwierdźony zakres
Hipotetycznie datuje się do wczesnego wszechświata; badana przez misję ESA Euclid jako możliwy kandydat ciemnej materii, zgodnie z ESA
Co je czyni ekstremalnymi
Horyzont zdarzeń to cecha, która odróżnia czarne dziury. NASA opisuje to jako punkt, w którym prędkość ucieczki potrzebna do opuszczenia obiektu przekracza prędkość światła, więc nic — w tym samo światło — nie może przejść z powrotem na zewnątrz. Ponieważ światło nie ucieka, same czarne dziury nie emitują światło; co astronomowie wykrywają, to świecenie materii tuż za tą granicą.
To świecenie pochodzi z dysku akrecji, materiału przyciąganego z pobliskich gwiazd lub obłoków gazu, który spiralnie wpada i nagrzewa się w miarę zbliżania się do horyzontu zdarzeń, zgodnie z opisem anatomii czarnej dziury przez NASA. Wokół aktywnie karmiących się supermasywnych czarnych dziur ten region — zwany koroną — osiąga temperatury około miliarda stopni i produkuje promienie rentgenowskie wysokiej energii, z cząstkami poruszającymi się z prędkościami zbliżającymi się do prędkości światła.
W samym centrum ogólna teoria względności przewiduje osobliwość, punkt, w którym materia jest ściśnięta do nieskończonej gęstości, zgodnie z NASA. Jest to opisane jako ostateczne miejsce przeznaczenia dla wszystkiego, co wpada za horyzont zdarzeń, chociaż fizycy zwracają uwagę, że to miejsce, gdzie obecne teorie grawitacji się nie sprawdzają, zamiast dawać w pełni przetestowany opis tego, co się tam naprawdę dzieje.
Bezpośrednie obserwowanie czarnej dziury
Ponieważ czarne dziury nie emitują własnego światła, astronomowie nie mogą ich fotografować bezpośrednio — obrazują cień, jaki czarna dziura rzuca na świecący gaz wokół niej. Event Horizon Telescope (EHT), globalna sieć radioobserwatoriów połączonych techniką zwaną interferometrią bardzo długiej linii bazowej, wyprodukowała pierwsze takie zdjęcie supermasywnej czarnej dziury M87* w 2019 roku i Sagittarius A*, własnej centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, w 2022 roku, zgodnie z Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO), partnerem we współpracy EHT.
ESO stwierdza, że Sagittarius A* ma masę około 4 milionów razy większą niż Słońce i leży około 27000 lat świetlnych od Ziemi, ale z naszej perspektywy ESO opisuje to jako wyglądające nie większe niż pączek wyglądałby, gdyby umieszczono go na powierzchni Księżyca. NASA z osobna donosi, że M87*, zobrazowana przez EHT w 2019 roku, zawiera ponad 6 miliardów mas słonecznych, z horyzontem zdarzeń, który NASA mówi, że sięgałby daleko poza planety Układu Słonecznego.
Pierwszy w historii bezpośredni dowód wizualny czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.
— Event Horizon Telescope Collaboration, via ESO
ESO zwraca uwagę, że takie obrazy pozwalają naukowcom bezpośrednio badać zachowanie czasoprzestrzeni na granicy czarnej dziury, sposób testowania ogólnej teorii względności w najbardziej ekstremalnych warunkach grawitacyjnych dostępnych do obserwacji.
Pytania
Jaka jest minimalna masa potrzebna do utworzenia czarnej dziury z gwiazdy?
Według NASA, jeśli zapadający się gwiazdowy rdzeń zachowa więcej niż około trzy razy masę Słońca po supernowej, żadna znana siła nie może mu zapobiec zapadnięciu się w czarną dziurę.
Czy możemy faktycznie zobaczyć czarną dziurę?
Nie bezpośrednio, ponieważ żadne światło nie ucieka z czarnej dziury. Teleskopy zamiast tego obrazują świecący gaz i cień na nim rzucany, tak jak Event Horizon Telescope zrobiła to dla M87* w 2019 roku i Sagittarius A* w 2022 roku, zgodnie z ESO.
Ile typów czarnych dziur istnieje?
NASA i ESA opisują cztery klasy oparte na masie: gwiazdowe, pośrednie, supermasywne i hipotetyczne pierwotne czarne dziury uważane za datujące się do wczesnego wszechświata.
Jak masywna jest czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej?
ESO donosi, że Sagittarius A* ma masę około 4 milionów razy większą niż Słońce i leży około 27000 lat świetlnych od Ziemi.
Co znajduje się w centrum czarnej dziury?
Ogólna teoria względności przewiduje osobliwość, punkt nieskończonej gęstości, zgodnie z NASA, chociaż to miejsce, gdzie obecne teorie fizyki nie są w pełni przetestowane.
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
Rakiety poruszają się poprzez wyrzucanie spalin w jednym kierunku, dzięki czemu pojazd jest wepchnięty w kierunku przeciwnym, zgodnie z trzecim prawem ruchu Newtona. Siła ciągu zależy od tego, ile masy spalin wypływa na sekundę i jak szybko opuszcza dyszę, podczas gdy pozostanie na orbicie zależy od zrównoważenia prędkości w przód z przyciąganiem grawitacyjnym. Projekty wieloetapowe i w przypadku niektórych misji napęd elektryczny są używane do zarządzania ogromną ilością paliwa wymaganego do lotu kosmicznego.
Szkolenie astronautów to wieloletni proces, który rozpoczyna się od selekcji kandydatów na podstawie wykształcenia, doświadczenia i kondycji fizycznej, a następnie przechodzi w lata szkolenia naziemnego przed jakimkolwiek lotem. Według NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) kandydaci uczą się systemów statków kosmicznych i ćwiczą spacery kosmiczne pod wodą, a kandydaci ESA uczą się również rosyjskiego, podczas gdy życie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) toczy się według ustalonego dziennego harmonogramu obejmującego pracę, ćwiczenia i sen.
Czarna dziura to obszar przestrzeni, gdzie grawitacja jest tak silna, że nic, nawet światło, nie może uciec, gdy przejdzie przez horyzont zdarzeń. Większość powstaje, gdy masywna gwiazda wyczerpuje paliwo jądrowe i jej rdzeń się zapada; supermassywne wersje rosną w centrach galaktyk przez miliardy lat. Bezpośrednie obrazy i detekcje fal grawitacyjnych potwierdziły ich istnienie i przetestowały ogólną teorię względności Einsteina.
Fazy Księżyca zmieniają się, ponieważ światło słoneczne pada na różne części jego powierzchni w miarę jak porusza się wokół Ziemi, a nie z powodu cienia Ziemi; jeden pełny cykl faz, zwany miesiącem synodycznym, wynosi średnio 29,5 dni. Księżyc również przyciąga oceany Ziemi nierównomierną siłą grawitacyjną, tworząc dwa wysokie pływy i dwie niskie pływy mniej więcej co 24 godziny i 50 minut, przy czym Słońce wzmacnia lub osłabia to przyciąganie dwa razy w miesiącu.
