Črne luknje so predmeti v vesolju s toliko mase, ujeti znotraj njihovih meja, da imajo neverjetno močna gravitacijska polja. V resnici je gravitacijska sila črne luknje tako močna, da nič ne uide, ko gre v notranjost. Tudi svetloba ne more ubežati črne luknje, notri je ujeta skupaj z zvezdami, plinom in prahom. Večina črnih lukenj vsebuje večkrat večjo maso našega Sonca, najtežje pa lahko na milijone sončnih mas.
Kljub vsej tej množici dejanske posebnosti, ki tvori jedro črne luknje, še nikoli niso videli ali posneli. Kot nakazuje beseda, je drobna točka v vesolju, vendar ima veliko mase. Astronomi lahko te predmete preučijo le, če vplivajo na material, ki jih obdaja. Material okoli črne luknje tvori vrteč se disk, ki leži tik nad območjem, imenovanim "horizont dogodkov", ki je gravitacijsko točko brez vrnitve.
Zgradba črne luknje
Osnovni "gradnik" črne luknje je posebnost: natančno območje prostora, ki vsebuje vso maso črne luknje. Okoli je območje prostora, iz katerega svetloba ne more ubežati, kar daje ime "črna luknja". Zunanji "rob" tega območja je tisto, kar tvori obzorje dogodkov. To je nevidna meja, kjer je poteg gravitacijskega polja enak tistemu hitrost svetlobe. Prav tako sta uravnotežena gravitacija in hitrost svetlobe.
Položaj obzorja dogodkov je odvisen od gravitacijskega vleka črne luknje. Astronomi izračunajo lokacijo obzorja dogodka okoli črne luknje z uporabo enačbe Rs = 2GM / c2. R je polmer singularnosti, G je sila gravitacije, M je masa, c je hitrost svetlobe.
Vrste črnih lukenj in kako se tvorijo
Obstajajo različne vrste črnih lukenj in nastajajo na različne načine. Najpogostejša vrsta je znana kot črna luknja zvezdne mase. Vsebujejo približno do nekajkrat večjo maso našega Sonca in tvorijo, če so velike glavno zaporedje zvezd (10 - 15-kratne mase našega Sonca) v jedrih zmanjka jedrskega goriva. Rezultat je ogromen eksplozija supernove ki zvezde plaste v vesolje. Kar ostane za seboj, se zruši in ustvari črno luknjo.
Drugi dve vrsti črnih lukenj sta supermasivne črne luknje (SMBH) in mikro črne luknje. Posamezna SMBH lahko vsebuje maso milijonov ali milijard soncev. Mikro črne luknje so, kot že ime pove, zelo drobne. Imajo morda le 20 mikrogramov mase. V obeh primerih mehanizmi za njihovo ustvarjanje niso povsem jasni. Mikro črne luknje obstajajo v teoriji, vendar niso bile neposredno odkrite.
V jedrih večine galaksij najdemo supermasivne črne luknje, o njihovem izvoru pa je še vedno vroče razpravljati. Mogoče je tiste supermasivne črne luknje so posledica združitve manjših črnih lukenj z zvezdno maso in drugih zadeva. Nekateri astronomi predlagajo, da bi jih lahko ustvarili, ko bi se zrušila ena zelo masivna (stokrat večja od Sončeve) zvezde. Kakor koli že, so dovolj množični, da lahko vplivajo na galaksijo na več načinov, od učinkov na število rojstev do orbite zvezd in materiala v njihovi bližnji bližini.
Po drugi strani bi lahko nastale mikro črne luknje med trkom dveh zelo energijskih delcev. Znanstveniki predvidevajo, da se to dogaja nenehno v zgornji atmosferi Zemlje in se bo verjetno zgodilo med poskusi fizike delcev na mestih, kot je CERN.
Kako znanstveniki merijo črne luknje
Ker svetloba ne more uiti iz območja okoli črne luknje, na katero vpliva obzorje dogodkov, nihče res ne more "videti" črne luknje. Vendar jih astronomi lahko merijo in karakterizirajo po vplivih, ki jih imajo na njihovo okolico. Črne luknje v bližini drugih predmetov izvajajo gravitacijski učinek na njih. Za eno stvar lahko maso določimo tudi z orbito materiala okoli črne luknje.
V praksi astronomi sklepajo o prisotnosti črne luknje s preučevanjem, kako se okoli nje obnaša svetloba. Črne luknje, tako kot vsi masivni predmeti, imajo dovolj gravitacijskega vleka, da upogne pot svetlobe, ko gre mimo. Ko se zvezde za črno luknjo premikajo glede nanjo, bo svetloba, ki jo oddajajo, videti popačena ali se bodo zvezde premikale nenavadno. Iz teh informacij je mogoče določiti položaj in maso črne luknje.
To je še posebej očitno v galaksijskih grozdih, kjer je kombinirana masa grozdov, njihova temna snov in njihova črne luknje ustvarjajo nenavadno oblikovane loke in obroče z upogibanjem svetlobe bolj oddaljenih predmetov, ko gre mimo.
Astronomi lahko vidijo tudi črne luknje zaradi sevanja, ki ga segreva material okoli njih, kot so radio ali x žarki. Hitrost tega materiala daje pomembne namige tudi v značilnostih črne luknje, ki se ji skuša izogniti.
Hawkingova sevanja
Zadnji način, da bi astronomi morda zaznali črno luknjo je prek mehanizma, znanega kot Hawkingovo sevanje. Imenovan za znanega teoretičnega fizika in kozmologa Stephen Hawking, Hawkingovo sevanje je posledica termodinamike, ki zahteva, da energija pobegne iz črne luknje.
Osnovna ideja je, da se bo zaradi naravnih interakcij in nihanj v vakuumu snov ustvarila v obliki elektrona in anti-elektrona (imenovanega pozitrona). Ko se to zgodi blizu obzorja dogodka, se bo en delček izvrgel stran od črne luknje, drugi pa bo padel v gravitacijsko jamico.
Za opazovalca je vse, kar je "videno", delček, ki se oddaja iz črne luknje. Število delcev bi bilo pozitivno. To s simetrijo pomeni, da bi imel delec, ki je padel v črno luknjo, negativno energijo. Rezultat tega je, da s staranjem črne luknje izgublja energijo in zato izgublja maso (po Einsteinovi znameniti enačbi E = MC2, kje E= energija, M= masa in C je hitrost svetlobe).
Uredil in posodobil Carolyn Collins Petersen.