Găurile negre sunt unul dintre cele mai fascinante obiecte din Univers. Ele sunt corpuri cerești cu o gravitație extrem de intensă, din care nimic nu poate scăpa – nici o planetă, nici o lună și nici măcar lumina.
Orice lucru care trece de orizontul evenimentelor – limita în interiorul căreia viteza de evadare a unei găuri negre este mai mare decât viteza luminii – se îndreaptă în spirală drastică spre o soartă necunoscută.
În ultimii ani, fizicienii au descoperit o mulțime de lucruri necunoscute despre găurile negre. Unele descoperiri au pus bazele viitorului, în timp ce altele încă îi uimesc pe cercetători. Iată cele mai intrigante 15 fapte și teorii despre găurile negre pe care ar trebui să le cunoașteți.
1. Gaura neagră a fost descoperită de Karl Schwarzschild în 1916
Karl Schwarzschild | Image credit: Wikimedia
Deși obiectele cu câmpuri gravitaționale intense (din care lumina nu poate scăpa) au fost luate în considerare în secolul al XVIII-lea, Karl Schwarzschild a fost cel care a dat prima soluție modernă a relativității generale în 1916, caracterizând o gaură neagră.
În 1958, David Finkelstein a publicat interpretarea acesteia ca fiind o regiune a spațiului din care nimic nu poate scăpa. Un fizician teoretician american, John Wheeler, a legat apoi termenul “gaură neagră” de obiectele cu colaps gravitațional prezise la începutul secolului XX.
El a folosit termenul “gaură neagră” în timpul unei prezentări pe care a susținut-o la Institutul Goddard de Studii Spațiale al NASA în 1967.
2. Nu pot fi observate în mod direct
Prima imagine de până acum a unei găuri negre în centrul galaxiei eliptice Messier 87
Deoarece lumina nu poate scăpa de atracția gravitațională masivă a unei găuri negre, nu o puteți observa direct. Cu toate acestea, se poate observa modul în care gravitația sa afectează corpurile cerești și gazele din apropiere.
Astronomii studiază stelele pentru a vedea dacă acestea orbitează sau zboară în jurul unei găuri negre. Atunci când o stea și o gaură neagră sunt apropiate, se emit radiații, care sunt de obicei captate de telescoapele și sateliții din spațiu.
În 2019, oamenii de știință au capturat prima imagine a unei găuri negre, aflată la o distanță de 500 de milioane de trilioane de kilometri. Aceasta a fost fotografiată de o rețea 8 telescoape din întreaga lume. Această gaură neagră supermasivă măsoară 40 de miliarde de kilometri în diametru și are o masă de 6,5 miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui.
3. Tipuri de găuri negre
Există patru tipuri de găuri negre (trei reale și una ipotetică) –
Găuri negre stelare: sunt găuri negre mici, cu mase cuprinse între 5 și câteva zeci de ori mai mari decât masa Soarelui. Ele se formează prin colapsul gravitațional al unei stele mari.
Găurinegre supermasive: sunt cele mai mari găuri negre, cu mase cuprinse între sute de mii și miliarde de mase solare. Originea lor rămâne un domeniu de cercetare deschis.
Găurilenegre intermediare sunt semnificativ mai masive decât găurile negre stelare, dar mai puțin decât găurile negre supermasive. Cele mai puternice dovezi ale existenței unor astfel de corpuri cerești provin de la anumiți nuclee galactice active cu luminozitate redusă.
Găurilenegre primordiale sunt găuri negre ipotetice care s-ar fi putut forma imediat după Big Bang. Masele lor pot fi mult mai mici decât masa stelară. Stephen Hawking a studiat în profunzime aceste găuri negre și a constatat că acestea ar putea cântări doar 100 de micrograme.
4. O gaură neagră are trei straturi
O gaură neagră are trei straturi: singularitatea, orizontul evenimentelor exterior și interior.
Centrul găurii negre se numește singularitate. Aceasta este regiunea în care toată masa este comprimată până la un volum aproape nul. Astfel, singularitatea are o densitate aproape infinită și generează o forță gravitațională enormă.
Orizontul exterior al evenimentului este stratul foarte exterior de unde materialele mai pot scăpa de gravitația unei găuri negre. Atracția gravitațională asupra acestui strat nu este la fel de puternică precum cea din centru sau din mijloc.
Orizontul interior al evenimentului este stratul central. Aceasta este regiunea din care materialele nu pot scăpa. Acesta împinge materialele spre centrul unei găuri negre, unde influența gravitațională este cea mai puternică.
5. Gaura neagră poate fi de doar 0,1 milimetri
O gaură neagră poate avea o masă la fel de mică ca cea a Lunii Pământului și la fel de enormă ca de zece miliarde de ori masa Soarelui.
Masa sa este proporțională cu dimensiunea orizontului evenimentelor, care se măsoară ca rază Schwarzschild. Aceasta este raza la care viteza de evadare este egală cu viteza luminii.
Raza Schwarzschild a Pământului este de mărimea unei bile. Acest lucru înseamnă că trebuie să comprimăm Pământul la dimensiunea unei bile pentru a-l transforma într-o gaură neagră.
În plus, nicio gaură neagră nu este infinit de mică. Masa minimă este mai mare sau egală cu masa Planck, care este de aproximativ 22 de micrograme.
6. Găurile negre se rotesc în jurul unei axe
Atunci când o stea se prăbușește într-un spațiu extrem de mic, ea își păstrează totuși toată masa. Pentru a conserva momentul unghiular, viteza de rotație a găurii negre se accelerează.
Pe măsură ce gaura neagră se rotește, masa sa face ca și spațiul-timp din apropiere să se rotească. Această regiune se numește ergosferă. Aceasta este regiunea (în afara orizontului evenimentelor) în care apar diverse efecte interesante.
Cu cât orizontul evenimentelor este mai mic, cu atât se rotește mai repede. Cu toate acestea, există o limită de viteză pentru cât de repede se poate roti o gaură neagră [fără a dezvălui singularitatea sa restului Universului].
Cea mai grea gaură neagră stelară (GRS 1915+105) din Calea Lactee se rotește de 1.150 de ori pe secundă. Și există o gaură neagră în galaxia NGC 1365, care se rotește cu 84% din viteza luminii. Aceasta a atins limita vitezei cosmice și nu se poate roti mai repede.
7. Ele produc sunet
Observarea de către Chandra a roiului de galaxii Perseus a scos la iveală caracteristici ondulatorii care par a fi unde sonore | Credit: NASA
În 2003, astronomii care au folosit Observatorul de raze X Chandra al NASA au detectat unde sonore provenind de la o gaură neagră supermasivă situată la 250 de milioane de ani-lumină de Pământ. Această “notă” este cea mai profundă detectată vreodată de la un corp ceresc.
Atunci când gaura neagră atrage ceva înăuntru, orizontul său de evenimente supraîncarcă particula aproape de viteza luminii, producând sunet. Telescoapele spațiale captează undele sonore care au călătorit deja milioane de ani-lumină de la sursa lor (gaura neagră).
Dar sunetul nu poate călători în vid, atunci cum de auzim găurile negre? De fapt, spațiul cosmic nu este un vid complet. Este format din câțiva atomi de hidrogen (plus alte gaze) pe metru cub, care servesc drept mediu pentru undele sonore de frecvență foarte joasă.
8. Găurile negre distorsionează spațiul și timpul
O simulare care arată cum gaura neagră distorsionează spațiul-timp
Din cauza influenței gravitaționale extreme, o gaură neagră poate distorsiona spațiul-timp în vecinătatea apropiată. Conform teoriei generale a relativității, cu cât te apropii mai mult de o gaură neagră, cu atât timpul se scurge mai încet.
Orizontul evenimentelor este granița din jurul găurii negre, unde orice materie, inclusiv lumina, își pierde capacitatea de a scăpa. Forța gravitațională este constantă de-a lungul orizontului evenimentelor.
O gaură neagră care se rotește dă naștere unui efect ciudat numit “frame-dragging”. În acest efect, spațiul și timpul din apropierea găurii negre sunt de fapt târâte de aceasta. Spațiul este târât atât de intens încât nu este posibil să se deplaseze în direcția opusă. Este o regresie infinită de distorsiuni în care nu există nicio modalitate de a avansa.
În general, legile clasice ale fizicii, așa cum le cunoaștem, încetează să mai funcționeze în interiorul orizontului evenimentelor, nu este cu adevărat posibil să concepem ceva cu densitate infinită și volum zero.
9. Găurile negre te pot ucide într-un mod îngrozitor
Dacă ai cădea într-o gaură neagră, corpul tău ar fi întins într-un șir lung de spaghete.
Presupunând că este o gaură neagră mică, vei fi distorsionat de forța imensă a gravitației. Forța de maree este diferența dintre gravitația de pe cap și cea de pe picioare. Forța care acționează asupra capului tău (în cazul în care cazi cu capul înainte) ar fi mult mai puternică decât forța care acționează asupra picioarelor tale.
Această diferență v-ar face să simțiți că ceva vă sfâșie, întinzându-vă din cap până în picioare. Cu cât capul tău se apropie mai mult de gaura neagră, cu atât se mișcă mai repede. Dar jumătatea inferioară a corpului tău este mai departe și, prin urmare, nu se mișcă spre centru la fel de repede.
Pe măsură ce forța mareei depășește forțele moleculare care îți leagă carnea, corpul tău s-ar rupe în două bucăți, iar aceste două bucăți s-ar rupe în alte două bucăți, și așa mai departe. Ați fi extrudat prin țesătura spațiu-timp ca pasta de dinți printr-un tub.
Citește: Ce se întâmplă dacă în apropierea ta apare o gaură neagră?
10. Găurile negre nu sunt nașpa
Tot ceea ce se află în interiorul orizontului evenimentelor se reduce la o singularitate unidimensională
De obicei, oamenii se gândesc la o gaură neagră ca la un vid cosmic care absoarbe materia din jur. Este o concepție greșită comună. Găurile negre sunt ca orice alt corp ceresc, dar cu o influență gravitațională enormă asupra spațiului din vecinătatea lor. Această atracție gravitațională face doar ca materia din jurul lor să accelereze rapid.
Chiar dacă ați înlocui Soarele nostru cu o gaură neagră de masă egală, Pământul nu ar cădea în ea. Gaura neagră ar avea același câmp gravitațional ca și Soarele. Pământul și celelalte planete ar continua să orbiteze în jurul găurii negre așa cum orbitează astăzi Soarele.
Și, deoarece Soarele nu este suficient de mare, nu se va transforma niciodată într-o gaură neagră.
11. Găurile negre supermasive există în centrul majorității galaxiilor
Imagine cu raze X a galaxiei Sagittarius A | Credit: NASA
Cercetătorii cred că în centrul majorității galaxiilor, inclusiv al Căii Lactee, există o gaură neagră supermasivă. Aceste găuri negre mari țin de fapt galaxiile împreună în spațiu.
Sagittarius A, gaura neagră situată în centrul Căii Lactee, este de 4 milioane de ori mai masivă decât Soarele. Aflată la doar 26.000 de ani-lumină de Pământ, Sagittarius A este una dintre puținele găuri negre din Univers unde astronomii pot asista efectiv la fluxul de materie din apropiere.
12. Există nenumărate găuri negre în Univers
Numai galaxia noastră este formată din peste 100 de milioane de găuri negre stelare, plus supermasiva Sagittarius A în centrul ei. Cu aproape 100 de miliarde de galaxii existente, fiecare având în miez un monstru supermasiv și 100 de milioane de găuri negre cu masă stelară (în timp ce alte tipuri sunt încă în curs de studiu), este ca și cum ai încerca să numeri numărul de boabe de nisip de pe Pământ.
13. Orice obiect poate fi transformat într-o gaură neagră
Stelele nu sunt singurele lucruri care se transformă în cele din urmă în găuri negre. Teoretic, se poate transforma orice într-o gaură neagră.
De exemplu, dacă ai reduce dimensiunea Soarelui la 6 kilometri în diametru, păstrându-i în același timp toată masa, acesta ar deveni o gaură neagră. Densitatea sa ar atinge niveluri astronomice, ceea ce ar face ca forța gravitațională să fie incredibil de puternică.
Aceeași teorie ar putea fi aplicată Pământului și oricărui alt obiect, cum ar fi un telefon mobil, o mașină sau chiar propriul corp. Cu toate acestea, nu cunoaștem o astfel de tehnică care să poată micșora volumul până la un punct infinit de mic, păstrând în același timp 100% din masa obiectului.
14. În cele din urmă se evaporă în timp
În 1974, Stephen Hawking a teoretizat că găurile negre radiază un număr mic de particule de fotoni, ceea ce le face să piardă treptat masa și să dispară în timp. Acest proces de evaporare poartă numele de “radiație Hawking”.
Radiația de corp negru are loc datorită efectelor cuantice din apropierea orizontului evenimentelor. Deoarece procesul este incredibil de lent, doar cele mai mici găuri negre ar fi avut timp să se evapore complet în decursul celor 13,8 miliarde de ani (vârsta Universului).
15. Găurile negre supermasive determină numărul de stele din galaxie
Există o relație echilibrată între activitatea găurilor negre și numărul de stele. Prea multe stele ar face ca o galaxie să fie prea fierbinte pentru ca viața să evolueze, în timp ce un număr insuficient de stele poate împiedica formarea vieții.
O nouă cercetare arată modul în care găurile negre supermasive reglează formarea stelelor în galaxiile masive. Istoria formării stelelor în galaxiile masive din apropiere depinde de masa găurii negre supermasive centrale.
16. Acestea sunt o sursă uriașă de energie
Găurile negre creează energie mai eficient decât stelele mici, precum Soarele.
Deoarece influența gravitațională este foarte puternică în apropierea orizontului evenimentelor, materia cea mai apropiată de marginea orizontului evenimentelor orbitează mult mai repede decât materia din afara orizontului evenimentelor (stratul exterior al unei găuri negre).
Materia se deplasează atât de repede încât se încălzește până la milioane de grade Celsius, transformând masa în energie sub formă de radiație (cunoscută sub numele de radiația corpului negru).
O gaură neagră poate transforma 10% din masă în energie. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, fuziunea nucleară transformă doar 0,7% din masă în energie.
Cercetătorii au cercetat chiar dacă este fizic posibil să se folosească acest tip de energie pentru a construi centrale electrice sau nave stelare.
17. Găurile negre ar putea crea noi universuri
Poate părea o nebunie, dar unii fizicieni cred că găurile negre ar putea deschide noi lumi. Este posibil ca universul nostru să se fi născut în interiorul unei găuri negre, iar găurile negre din universul nostru ar putea da naștere la noi universuri proprii.
Pentru a înțelege cum funcționează acest lucru, imaginați-vă Universul nostru actual: tot ceea ce vedeți este posibil datorită unei serii de evenimente care au avut loc în trecut și anumitor condiții care s-au reunit pentru a crea viața.
Dacă ați aduce modificări acestor condiții/evenimente chiar și cu o cantitate infimă, lucrurile nu ar mai fi la fel. Teoretic, singularitatea ar putea modifica aceste condiții, creând un univers nou, ușor modificat.
18. Informația ar putea scăpa din gaura neagră
Ce se întâmplă cu informațiile particulelor care trec prin găurile negre? Fizicienii încearcă să răspundă la această întrebare de zeci de ani.
Legile fizicii cuantice afirmă că informația nu poate fi distrusă permanent. Cu toate acestea, dacă informația nu poate scăpa dintr-o gaură neagră, atunci, din toate punctele de vedere, ea a fost distrusă. Acest lucru pare să încalce regulile mecanicii cuantice.
Potrivit lui Stephen Hawking, informația nu a intrat niciodată cu adevărat în gaura neagră.
“Informația nu este stocată în interiorul găurii negre, așa cum ne-am putea aștepta, ci la granița acesteia, orizontul evenimentelor” – Stephen Hawking
În momentul în care un obiect intră în gaura neagră, informațiile sale sunt capturate și stocate pe orizontul evenimentelor. Deși obiectul poate fi distrus în interiorul găurii negre, informația va rămâne înmagazinată pe orizontul evenimentelor.
Informațiile pot scăpa împreună cu radiația Hawking, dar într-o formă inutilă și haotică. De fapt, ar putea ieși în alt univers. Hawking a sugerat că găurile negre nu sunt închisorile veșnice pe care erau considerate cândva.
Aflați mai multe despre găurile negre –
1) Este posibil să se măsoare masa găurii negre supermasive?
2) Fizicienii testează radiația Hawking într-o gaură neagră optică realizată în laborator
3) Oamenii de știință observă căderea materiei în gaura neagră cu o viteză de 30% din viteza luminii
4) Cât de puternice sunt găurile negre? | Măsurarea precisă a câmpului magnetic
