Czarna dziura. Referat

Czarna dziura – obiekt astronomiczny, który tak silnie oddziałuje grawitacyjnie na swoje otoczenie, że nawet światło nie może uciec z jego powierzchni (prędkość ucieczki jest większa od prędkości światła). Według niektórych teorii przeciwieństwem czarnej dziury ma być biała dziura.

W ramach fizyki klasycznej żaden rodzaj energii ani materii nie może opuścić czarnej dziury, jednak uwzględniając efekty kwantowe postuluje się istnienie zjawiska zwanego parowaniem czarnych dziur. Granica, po przejściu której nie jest możliwe wyrwanie się z pola grawitacyjnego czarnej dziury, nazywana jest horyzontem zdarzeń. Ma ona kształt sfery o wielkości wyznaczonej przez promień Schwarzschilda. Nie jest to powierzchnia tego obiektu, która może znajdować się wielokrotnie bliżej centrum geometrycznego układu.

Czarne dziury to podstawowe składniki bardziej złożonych obiektów astronomicznych, takich jak niektóre rentgenowskie układy podwójne, rozbłyski gamma oraz aktywne galaktyki. Czarna dziura będąca składnikiem układu podwójnego jest widoczna, ponieważ materia z drugiej gwiazdy wsysana do wnętrza czarnej dziury tworzy dysk akrecyjny generujący ogromne ilości promieniowania na skutek tarcia, jonizacji i silnego przyspieszenia podczas zbliżania się do czarnej dziury. Część zjonizowanej materii z dysku pod działaniem pola elektromagnetycznego dysku może uciekać w kierunkach osi, tworząc ogromne dżety (ang. jet). Także masywne czarne dziury w centrach aktywnych galaktyk powodują w nich silnie świecenie, skutkiem opadania otaczającej materii, i dlatego obiekty zawierające czarne dziury należą do najjaśniejszych we Wszechświecie.

Czarna dziura jest tworem grawitacji, której podlegają zarówno cząstki o małych, jak i o dużych masach, a nawet światło. Największe i najjaśniejsze ciała mogą być niewidoczne, ponieważ przyciąganie jasnej gwiazdy o tej samej gęstości co Ziemia i średnicy 250 razy większej od Słońca, nie pozwoliłaby żadnemu promieniowi do nas dotrzeć. Prędkość ucieczki dla Ziemi wynosi 11,2 km/s, a zależy ona rozmiarów i masy obiektu, który ciało chce opuścić. Jeśli prędkość ucieczki przekraczałaby prędkość światła, światło takiej gwiazdy nie byłoby w stanie do nas dotrzeć.

Czarne dziury nie są wieczne, gdyż mogą one wyparowywać w wyniku procesów kwantowych zachodzących w silnych polach grawitacyjnych. W próżni przestrzeń jest wypełniona nienarodzonymi wirtualnymi cząstkami i antycząstkami. Jeśli nie jest im przekazywana żadna energia, nie mogą się one zamieniać w realne cząstki.

Według teorii Alberta Einsteina, w silnym polu grawitacyjnym czas płynie wolniej niż w słabym. W polu tym wszystkie procesy ulegają spowolnieniu (dylatacja czasu) z punktu widzenia obserwatora, a silne pola grawitacyjne powodują zmianę geometrycznych własności przestrzeni, co oznacza, że np. suma kątów w trójkącie nie równa się 180 stopni. Czas i przestrzeń tworzą zakrzywiającą się czterowymiarową "czasoprzestrzeń". Siła grawitacji na powierzchni gwiazdy osiąga nieskończoną wartość, a kiedy rozmiary ciała zbliżają się do promienia grawitacyjnego, grawitacja zmierza do nieskończoności. W tej sytuacji nie może zostać zrównoważona przez skończone ciśnienie i ciało nieuchronnie musi się zapaść do środka, co prowadzi do powstania czarnej dziury. W jej pobliżu czas zaczyna biec coraz wolniej.