Черни дупки

Черната дупка е това, което остава след като голяма звезда загине.

Понеже звездите са толкова масивни и съставени от газ и имат огромно гравитационно поле, което постоянно се опитва да унищожи звездата. Термоядрените реакции в ядрото й са като голяма атомна бомба, която се опитва да взриви звездата. Балансът между гравитационните и експлозивните сили е това, което определя големината на звездата.

Когато тя загине, термоядрените реакции спират, защото цялото гориво на звездата е изгоряло. В същото време звездната гравитация сбива материала навътре и компресира ядрото. При този процес ядрото се нагорещява и може да създаде супер нова, при която материала и радиацията се разпръскват в космоса. Това, което остава след нея е много компресирано и невероятно масивно ядро. Гравитацията му е толкова силна, че дори светлината не успява да избяга.

Това вече е черна дупка и буквално става невидимо. Гравитацията е толкова силна, че ядрото потъва в материята на космическото време, което създава дупка в него – за това обекта се нарича черна дупка.

Ядрото става централна част на черната дупка и се нарича сингулярност. Отворът на дупката се нарича хоризонт на събитията.

Можете да си го представите като устата на черната дупка. Щом нещо премине през хоризонта на събитията, то изчезва завинаги. Щом нещо влезе в хоризонта, всички „събития” спират и нищо (дори светлината) не може да се измъкне. Радиусът на хоризонта на събитията се нарича радиус на Шварцшилд, от името на Карл Шварцшилд, чиято дейност води до теорията за черните дупки.

Видове черни дупки

Има два вида черни дупки:

*Шварцшилд – Не въртящи се черни дупки,
*Кер – Въртящи се черни дупки.

Шварцшилд дупката е най-простата черна дупка, на която ядрото й не се върти.  Тези черни дупки имат само сингулярност и хоризонт на събитията.

Кер дупката, която е може би най-често срещаната, се върти, понеже звездата, от която се е образувала се е въртяла. Когато въртящата звезда се разруши, ядрото й продължава да се върти, което се отразява и на черната дупка. Състои се от:
* Сингулярност – ядрото
* Хоризонт на събитията – отвора на дупката
* Ергосфера – яйцевидно място от изкривено пространство около хоризонта на събитията (това изкривяване е причинено от въртенето на дупката, което „завлича” пространството около нея.)
* Статична граница –  границата между ергосферата и нормалното пространство

Ако обект навлезе в ергосферата, той би могъл да излезе от черната дупка, черпейки енергия от въртенето й.

Ако обекта премине хоризонта на събитията, той ще бъде засмукан от черната дупка и никога няма да излезе. Не е известно какво се случва във вътрешността на дупката.

Въпреки, че не можем да видим черна дупка, има три неща, които могат да бъдат измерени:

* Маса
* Електричен заряд
* Стойност на въртенето

За сега можем само да измерим масата на черната дупка по движението на другите обекти около нея. Ако черната дупка има компания (друга звезда или материален диск) е възможно да се измери радиуса на въртене или скоростта на орбитата от материала около невидимата черна дупка.

Как се откриват черни дупки

Въпреки, че не можем да видим черна дупка, можем да я открием или да засечем присъствието и като наблюдаваме ефекта й върху околните обекти. Могат да се забележат следните ефекти:

* Масата на обектите, обикалящи около дупката или движещи се спираловидно към ядрото
* Гравитационни изкривявания
* Отделяне на радиация
Маса

Около доста от черните дупки има други обекти и наблюдавайки поведението на тези обекти можем да забележим присъствието на черна дупка. След това се измерват движенията им около нея за да се изчисли масата.

Това, което търсим е звезда или диск от газ, който се държи така, сякаш до него има огромна маса. Например, ако звезда или диск от газ се движат „поклащайки се” или се въртят, а няма видима причина за това и ефекта е причинен от обект с маса по-голяма от три соларни маси (прекалено много за да е неутронна звезда), тогава е възможно там да има черна дупка. Тогава се измерва масата й като се наблюдава ефекта й върху видимите обекти.

Например, в ядрото на галактика NGC 4261 има кафяв спираловиден диск, който се върти. Дискът е с размерите на нашата слънчева система, но тежи 1.2 милиарда пъти повече от слънцето. Такава огромна маса за диск, може да говори, че там има черна дупка.

Гравитационни изкривявания

Теорията за относителността на Айнщайн казва, че гравитацията може да изкривява пространството. Това по-късно е потвърдено по време на слънчево затъмнение, когато позицията на звездата е записвана преди, по време и след затъмнението. Позицията на звездата се променя, защото светлината от нея е привлечена от гравитацията на слънцето. От това следва, че обект с огромна гравитация (като галактика или черна дупка) между Земята и далечен обект, може да изкриви светлината от този далечен обект, точно както през лупа. Този ефект се вижда на снимката:

На снимката се вижда проблясък на MACHO-96-BL5. Когато телескопът Хъбъл наблюдава обекта, вижда два образа на обекта един до друг, което говори  за гравитационно изкривяване. Причиняващият го обект не се вижда. Заключава се, че черна дупка е преминала между Земята и обекта.

Отделяне на радиация

Когато материал попадне в черна дупка от друга звезда, той се загрява до милиони градуси и ускорява. Супернагорещените материали отделят Х-лъчи, който се засичат от телескопите.

Звездата Cygnus X-1 е силен източник на Х-лъчи и се смята за кандидат за черна дупка. На картинката се вижда звездна материя, от звездата HDE 226868, засмукана от диска на черна дупка. Докато материала пада в дупката, отделя Х-лъчи.

Черните дупки могат и да изхвърлят материал със голяма скорост, образувайки струи. В много галактики са наблюдавани такива струи. За сега се смята, че в тези галактики има супермасивни черни дупки (милиарди пъти повече от слънцето) в центровете им, от които идват тези струи, точно като радио предаване.

Важно е да запомните, че черните дупки не са космически вакуумни прахосмукачки – те не засмукват всичко. Въпреки, че не можем да видим черните дупки, има непреки доказателства, че те съществуват. Свързват се с пространствено-времевите тунели и са пленителни обекти във вселената.