Od svih dalekih koncepata u astronomiji, crne rupe mogu biti najčudnije. Područje prostora u kojem je materija tako čvrsto zbijena da ništa, pa ni sama svjetlost, ne može pobjeći, ovi mračni begemoti predstavljaju i prilično zastrašujuću mogućnost.
Uz sva normalna pravila fizike koja se u njima ruše, u iskušenju je odbaciti crne rupe kao stvar naučne fantastike. Ipak, postoji mnogo dokaza - i direktnih i indirektnih - da oni zaista postoje u svemiru.
Einsteinovo "robusno predviđanje"
Kao teorijsku mogućnost, crne rupe je 1916. godine predvidio Karl Schwarzschild, smatrajući ih neizbježnom posljedicom Einsteinove teorije opće relativnosti.
Drugim riječima, ako je Ajnštajnova teorija tačna - a svi dokazi ukazuju na to - onda moraju postojati crne rupe. Naknadno su ih na još čvršće tlo postavili Roger Penrose i Stephen Hawking, koji su pokazali da će svaki objekt koji se sruši na crnu rupu formirati singularnost u kojoj se tradicionalni zakoni fizike ruše, prema Univerzitetu u Cambridgeu.
To je postalo toliko općeprihvaćeno da je Penroseu dodijeljen udio u Nobelovoj nagradi za fiziku 2020. godine "zbog otkrića da je stvaranje crnih rupa robusno predviđanje opće teorije relativnosti".
Naleti gama zraka
Tridesetih godina prošlog vijeka indijski astrofizičar Subramanian Chandrasekhar pogledao je šta se dešava sa zvijezdom kada potroši sve svoje nuklearno gorivo, navodi NASA. Krajnji rezultat, otkrio je, ovisi o masi zvijezde. Ako je ta zvijezda zaista velika, recimo 20 solarnih masa, tada se njeno gusto jezgro - koje bi moglo biti tri ili više puta veće od mase Sunca - srušiti sve do crne rupe, prema NASA -i.
Konačni kolaps jezgre događa se nevjerojatno brzo, za nekoliko sekundi i oslobađa ogromnu količinu energije u obliku eksplozije gama zraka. Ovaj prasak može zračiti u svemir toliko energije koliko obična zvijezda emituje tokom svog života. I teleskopi na Zemlji su otkrili mnoge od ovih naleta, od kojih neki dolaze iz galaksija udaljenih milijardama svjetlosnih godina; tako da možemo vidjeti kako se rađaju crne rupe.
Gravitacioni talasi
Crne rupe ne postoje uvijek odvojeno - ponekad se pojavljuju u parovima, kružeći jedna oko druge. Kada to učine, gravitacijska interakcija među njima stvara valove u prostor-vremenu, koji se šire prema van kao gravitacijski valovi-još jedno predviđanje Einsteinove teorije relativnosti.
Sa opservatorijama kao što je Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i Virgo, sada imamo mogućnost detekcije ovih valova, izvijestila je sestrinska stranica Live Science Space.com. Prvo otkriće, koje uključuje spajanje dvije crne rupe, najavljeno je još 2016. godine, a od tada je napravljeno još mnogo toga.
Kako se osjetljivost detektora poboljšava, otkrivaju se i drugi događaji koji stvaraju valove osim spajanja crnih rupa-poput sudara između crne rupe i neutronske zvijezde, koji se dogodio izvan naše galaksije na udaljenosti od 650 miliona do 1,5 milijardi svjetlosti- godine sa Zemlje, izvijestio je Live Science.
Nevidljivi pratilac
Kratkotrajni, visokoenergetski događaji koji proizvode nalete gama-zraka i gravitacijske valove mogu biti vidljivi na pola puta uočljivog svemira, ali većinu svog života crne rupe će, po samoj svojoj prirodi, biti gotovo neprimjetne.
Činjenica da ne emitiraju nikakvu svjetlost ili drugo zračenje znači da bi mogli vrebati u našem kozmičkom susjedstvu, a da astronomi toga nisu svjesni. Ipak, postoji jedan siguran način otkrivanja tamnih zvijeri, a to je njihovo gravitacijsko djelovanje na druge zvijezde.
Posmatrajući binarni sistem običnog izgleda ili par zvijezda u orbiti, poznat kao HR 6819 2020., astronomi su primijetili neobičnosti u kretanju dviju vidljivih zvijezda koje bi se mogle objasniti samo ako se tamo nalazi treći, potpuno nevidljivi objekt. Kada su utvrdili njegovu masu - barem četiri puta veću od Sunčeve - istraživači su znali da je preostala samo jedna mogućnost. Morala je to biti crna rupa-najbliža, a ipak otkrivena Zemlji, udaljena samo hiljadu svjetlosnih godina unutar naše galaksije, kako je izvijestila Live Science.
Rentgenski vid
Prvi opservacijski dokazi o crnoj rupi pojavili su se 1971. godine, a i to je došlo iz binarnog zvjezdanog sistema u našoj galaksiji. Nazvan Cygnus X-1, sistem proizvodi neke od najsjajnijih rendgenskih zraka svemira.
Oni ne potječu iz same crne rupe ili iz njenog vidljivog pratioca - što je ogromno, sa 33 puta većom masom našeg Sunca, prema NASA -i. Umjesto toga, materija se neprestano oduzima od gigantske zvijezde i uvlači u akrecijski disk oko crne rupe, a iz tog akrecijskog diska, rekla je NAShttps://www.nasa.gov/A, emitiraju se rendgenske zrake.
Kao što su učinili s HR 6819, astronomi mogu upotrijebiti promatrano kretanje zvijezde za procjenu mase nevidljivog objekta u Cygnusu X-1. Najnoviji proračuni stavljaju tamni objekt na 21 solarnu masu koncentriranu u tako mali prostor da ne može biti ništa drugo do crna rupa, izvijestila je Live Science.
Supermasivne crne rupe
Osim crnih rupa nastalih kolapsom zvijezda, dokazi ukazuju na to da se supermasivne crne rupe, od kojih svaki ima milione ili čak milijarde solarnih masa, vrebaju u centrima galaksija od početka istorije svemira, izvještava Live Science.
U slučaju takozvanih aktivnih galaksija, dokazi za te teške mase su spektakularni. Prema NASA -i, središnje crne rupe u ovim galaksijama okružene su akrecijskim diskovima koji proizvode intenzivno zračenje na svim valnim duljinama svjetlosti. Imamo i dokaze da naša galaksija ima crnu rupu u središtu.
To je zato što vidimo zvijezde u tom području kako tako brzo vijugaju - do 8% brzine svjetlosti - da moraju kružiti oko nečega izuzetno malog i masivnog. Prema trenutnim procjenama, centralna crna rupa Mliječnog puta iznosi oko 4 miliona solarnih masa.
Spaghettification
Još jedan dokaz o postojanju crnih rupa je … spagetifikacija. Možda se pitate šta je to špagetizacija? To se događa kad upadnete u crnu rupu, i to je samo po sebi razumljivo. Izvučete se na tanke niti ekstremnom gravitacionom silom crne rupe.
Srećom, to se vjerovatno neće dogoditi vama ili bilo kome koga poznajete, ali možda je to sudbina zvijezde koja luta preblizu supermasivne crne rupe, izvijestio je Live Science. U oktobru 2020. astronomi su bili svjedoci ovog uništavanja - ili su barem vidjeli bljesak svjetlosti iz nesrećne zvijezde dok je bila rascijepana. Srećom, špagetiranje se nije dogodilo ni blizu Zemlje, već u galaksiji udaljenoj 215 miliona svjetlosnih godina.
Do sada smo imali dosta uvjerljivih indirektnih dokaza o crnim rupama: rafale zračenja ili gravitacijske valove ili dinamičke učinke na druga tijela, koje nije mogao proizvesti nijedan drugi objekt poznat nauci.
Ali posljednji klinč došao je u travnju 2019. u obliku direktne slike supermasivne crne rupe u središtu aktivne galaksije Messier 87.
Ovu zapanjujuću fotografiju snimio je teleskop Event Horizon - pomalo zavaravajuće ime, jer se sastoji od velika mreža teleskopa rasutih po cijelom svijetu, a ne samo jedan instrument. Prema NASA -i, što više teleskopa može sudjelovati, a što su šire raspoređeni, bolji je konačni kvalitet slike. Rezultat jasno pokazuje tamnu sjenu crne rupe od 6,5 milijardi solarne mase naspram narančastog sjaja okolnog akrecijskog diska.
