Μαύρη τρύπα ονομάζεται το σημείο του χωροχρόνου, στο οποίο οι βαρυτικές δυνάμεις είναι τόσο μεγάλες, ώστε τίποτα -ούτε καν τα σωματίδια και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως το φως- να μην μπορεί να ξεφεύγει από αυτό.

Ανάλογα με τη μάζα τους, μπορούμε να ταξινομήσουμε τις μαύρες τρύπες σε τρεις μεγάλες οικογένειες.

Σύμφωνα με τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, θεωρητικά μαύρη τρύπα μπορεί να σχηματιστεί σε σημείο του χωροχρόνου όπου μπορεί να συγκεντρωθεί επαρκής ποσότητα μαζας μέσω της βαρυτικής κατάρευσης. Όσο η μάζα μεγαλώνει σε συγκεκριμένη περιοχή, ο χωροχρόνος παραμορφώνεται όλο και περισσότερο.

Όταν η ταχύτητα διαφυγής σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το κέντρο φθάσει την ταχύτητα του φωτός, σχηματίζεται ένας ορίζοντας γεγονότων, μέσα στον οποίο ύλη και ενέργεια αναπόφευκτα καταρρέουν σε ένα μοναδικό σημείο, σχηματίζοντας μία βαρυτική μοναδικότητα ή ανωμαλία.

Ο Γερμανός αστρονόμος Karl Schwarzschild ανακαλύπτει μια μαθηματική λύση των εξισώσεων του Einstein για το βαρυτικό πεδίο που δημιουργείται γύρω από μία σφαιρική και μη περιστρεφόμενη συσσώρευση ύλης. Σύμφωνα με τη μαθηματική λύση στην οποία κατέληξε, η μοναδικότητα αυτή βρίσκεται στο κέντρο μιας σφαιρικής επιφάνειας που την «κρύβει» από το υπόλοιπο σύμπαν, γνωστή σήμερα ως ορίζοντας γεγονότων ή ακτίνα Schwarzschild.

Η ακτίνα Schwarzschild αποτελεί το όριο της «μη επιστροφής», την απόσταση δηλαδή από τη μοναδικότητα, στην οποία το βαρυτικό πεδίο είναι τόσο ισχυρό ώστε η ταχύτητα διαφυγής ισούται με την ταχύτητα του φωτός.

Σήμερα γνωρίζουμε ότι οι αστρικές μαύρες τρύπες σχηματίζονται στο τελικό στάδιο της εξέλιξης των άστρων, των οποίων ο πυρήνας στο τέλος τη

ς ζω

ής τους ξεπερνά τις 2.5 ηλιακές μάζες. Μόλις εξαντλήσουν τα πυρηνικά τους καύσιμα, τα άστρα αυτά εκρήγνυνται σε εντυπωσιακές και τιτάνιες εκρήξεις υπερκαινοφανών, την ίδια στιγμή που ο κεντρικός τους πυρήνας αδυνατεί να αντισταθεί στην ίδια του τη βαρύτητα και καταρρέει. Μέσω της βαρυτικής κατάρρευσης, ο πυρήνας του άστρου συμπιέζεται περισσότερο και καταλήγει σε σημείο, όπου η πυκνότητα τείνει στο άπειρο. Το σημείο αυτό, όπως είπαμε παραπάνω, ονομάζεται “μοναδικότητα” (singularity) ή “ιδιομορφία” ή “ανωμαλία“.

Αυτός ο σκοτεινός χώρος, γύρω από αυτό το σημείο, ονομάζεται αστρική μαύρη τρύπα.

Αυτές οι αστρικές μελανές οπές έχουν μάζα μέχρι 60 φορές τη μάζα του Ηλιου.

Στις μαύρες τρύπες υπάρχει μία οριακή περιοχή, στην οποία το φως μόλις που θα ξεφεύγει δηλαδή η ταχύτητα διαφυγής θα είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός. Η περιοχή αυτή ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Όλα τα γεγονότα, που μπορούν να παρατηρηθούν, βρίσκονται το πολύ μέχρι τον ορίζοντα εξ ού και το όνομά του.

Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων.

Γύρω από τον ορίζοντα των γεγονότων το φως καμπυλώνεται και ο χρόνος για παρατηρητή κοντά στη μαύρη τρύπα, κυλά όλο και πιο αργά, ενώ στον ορίζοντα των γεγονότων ο χρόνος φαίνεται να σταματάει σε σχέση με εξωτερικό παρατηρητή.

Η ύλη που πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, συγκεντρώνεται σε ένα εξαιρετικά θερμό και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. Ο δίσκος αυτός είναι γνωστός ως δίσκος προσαύξησης. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτίνων Χ.

Αφού οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται από περιστρεφόμενα άστρα τα οποία καταρρέουν, βάση

της αρχής διατήρησης της στροφορμής, η πλέον «ρεαλιστικη» μαύρη τρύπα είναι η περιστρεφόμενη, η οποία ονομάζεται μαύρη τρύπα του Kerr.

 

Σε αντίθεση με τις στάσιμες μαύρες τρύπες του Schwarzschild, οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες δημιουργούν στροβιλισμό στο χωροχρόνο και η μοναδικότητα, που υπάρχει στο κέντρο τους δεν είναι σημειακή, αλλά σχηματίζει ένα δακτύλιο. Ο χώρος μέσα στο δακτύλιο είναι μια περιοχή του χωροχρόνου, όπου θεωρητικά κάποιος μπορεί να περάσει.

Οι μαύρες τρύπες δεν εκπέμπουν φως αλλά τις ανιχνεύουμε έμμεσα .

Λόγω του ισχυρού βαρυτικού πεδίου τους, έλκουν την ύλη που υπάρχει γύρω τους κι έτσι βλέπουμε τα άστρα που περιφέρονται γύρω από ένα αόρατο αντικείμενο, τη μαύρη τρύπα.

Μέσω της βαρυτικής διάθλασης, το φως όπως αναφέραμε παραπάνω καμπυλώνεται γύρω από τον ορίζοντα των γεγονότων.

Επίσης ανιχνεύονται από την εκπομπή ακτίνων Χ από την ύλη στο δίσκο προσαύξησης.

Ο καλύτερος τρόπος ανίχνευσης όμως των Μ.Τ. είναι μέσω των βαρυτικών κυμάτων από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον και του VIRGO στην Ιταλία

Αξίζει να αναφέρουμε επίσης την λεγόμενη ακτινοβολία Hawking για τις μαύρες τρύπες.

Σύμφωνα με τον Stephen Hawking, οι μαύρες τρύπες μπορεί να ακτινοβολούν. Από την κβαντική φυσική γνωρίζουμε ότι το κενό μπορεί να δημιουργήσει αυθόρμητα ζεύγη εικονικών σωματιδίων, τα οποία εξουδετερώνονται μεταξύ τους, πριν μπορέσουν να παρατηρηθούν. Εάν ένα τέτοιο ζεύγος δημιουργηθεί κοντά στον ορίζοντα των γεγονότων, τα σωματίδια πιθανόν να μην μπορέσουν να εξουδετερωθούν. Επομένως το εξωτερικό σωματίδιο θα δραπετεύσει και θα γίνει πραγματικό, έτσι η μαύρη τρύπα θα φαίνεται ότι εκπέμπει ακτινοβολία τη λεγόμενη ακτινοβολία Hawking. Αυτή η ακτινοβολία ακόμα δεν έχει ανιχνευτεί. Αν αποδειχθεί, τότε οι μαύρες τρύπες θα χάνουν ενέργεια άρα θα έχουν πεπερασμένο χρόνο ζωής.

Εν κατακλείδι, η περιγραφή των μελανών οπών που δίνεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι γνωστό ότι είναι μια προσέγγιση και μερικοί επιστήμονες αναμένουν ότι οι επιπτώσεις της κβαντικής βαρύτητας θα είναι σημαντική κοντά στην περιοχή του ορίζοντα γεγονότων.

Πηγές:

Δύο βίντεο για τις μαύρες τρύπες:

Σχετικές αναρτήσεις: