PROFILPELAJAR.COM

Crna rupa je nebesko tijelo koncentrisano od mase s gravitacionim poljem tako jakim da čak i izlazna brzina iz najbližih tačaka prekoračuje brzinu svjetlosti. To znači da ništa, pa čak ni svjetlost, ne može izaći iz njene gravitacije, te joj otuda i naziv crna. Termin "crna rupa" je široko rasprostranjen, čak iako se ne odnosi na rupu u svakidašnjem smislu riječi, već prije na kosmičku oblast iz čega se ništa ne može vratiti. Teoretski crne rupe mogu biti bilo koje veličine, od mikroskopskih do onih veličine opservabilnog Svemira. Nastaju iz ostataka umrlih zvijezda sa više 3 Sunčeve mase (granica za neutronske zvijezde). Pod utjecajem sopstvene gravitacije zvijezda doživljava kolaps i povećava svoju gustinu čime gravitacija dalje raste. Osim mase dodatni faktor je snaga koja utječe na zvijezdu. Ukoliko se zvijezda pretvori u supernovu moguće je isto tako nastajanje crnih rupa čak i kad joj je masa manja od 3 Sunčeve.^[1]

Postojanje crnih rupa je predviđeno u teoriji opće relativnosti. Njemački fizičar Albert Einstein je pretpostavljao da je gravitacija u stanju saviti prostor i vrijeme. Prema klasičnoj općoj relativnosti ni informacije niti materija ne mogu stići iz unutrašnjosti crne rupe do vanjskog posmatrača. Naprimjer, nije moguće iznijeti ništa od njene mase napolje ili primiti odraz natrag od sijajućeg izvora svjetlosti poput džepne lampe ili doći do bilo kakve informacije o materijalu koji je ušao u crnu rupu. Efekti kvantne mehanike mogu dopustiti da materija i energija zrače iz crnih rupa. Ipak, smatra se da priroda zračenja ne zavisi od toga šta je upalo u crnu rupu u prošlosti.

Postojanje crnih rupa u Svemiru je dobro podržano astronomskim opservacijama i djelimično studijama supernovih i emisijom X-zraka iz aktivnih galaktičkih jezgara. Britanski astronom Andrew King odredio je prirodnu granicu crnih rupa od 50 milijardi masa Sunca.^[2]

Kvalitativna fizika

Crne rupe iziskuju opći relativistički koncept zakrivljenog prostora-vremena (prostorno-vremenskog kontinuuma), a njihove najuočljivije karakteristike se oslanjaju na izobličenje (distorziju) geometrije prostora koji ih okružuju.

Horizont događaja

"Površina" crne rupe je tzv. horizont događaja, a to je ustvari imaginarna površina koja okružuje masu crne rupe. Koristeći Gauss-Bonnetovu teoremu, Stephen Hawking je dokazao da je topologija horizonta događaja četverodimenzionalne crne rupe dvodimenzionalna sfera. U horizontu događaja, izlazna brzina je jednaka brzini svjetlosti. Tako sve što se nalazi u horizontu događaja, pa čak i foton, sprečava ekstremno jako gravitaciono polje da ga napusti. Čestice s vanjske strane ove oblasti mogu pasti u nju, preko horizonta događaja, i nikada je više napustiti.^[1]

Prema klasičnoj općoj relativnosti, crne rupe se mogu u potpunosti okarakterizirati preko tri parametra: mase, ugaonog momenta i električnog naboja. Ovaj princip je John Wheeler rezimirao izrekom: "crne rupe nemaju kosu".

Tijela u gravitacionom polju doživljavaju usporavanje vremena, koje se zove vremenska dilatacija. Ovaj fenomen je dokazan u eksperimentu rakete Scout 1976. godine, te se koristi npr. u GPS sistemu. Blizu horizonta događaja, vremenska dilatacija brzo raste. Gledano iz tačke osmatranja vanjskog posmatrača izgleda da to traje beskonačno dugo za objekat koji se približava horizontu događaja, u kojem tačka svjetlosti koja iz njega dolazi ima beskonačno veliki crveni pomak. Za udaljenog posmatrača izgleda da tijelo koje sve sporije pada se približava horizontu događaja ali ga nikada ne dostiže. Samo tijelo ne može čak ni da primijeti tačku u kojoj prolazi preko horizonta događaja, i tako će činiti u konačnom trenutku sopstvenog vremena: karakteristika je svjetlosti koja odlazi iz blizine crne rupe i što se čini kao da tijelo nikada neće stvarno dostići horizont. Njemački astrofizičar Karl Schwarzschild je definisao pojas (Schwarzschild radijus) ispod kojeg gravitacija sve druge elementarne sile nadvlada. Kada bi se naše Sunce pretvorilo u crnu rupu Schwarzschild radijus bi iznosio oko 3 km. Jedna grupa fizičara je 2004 godine objavila model crne rupe, koja se predstavlja kao crna kugla.^[1]

Singularnost

U centru crne rupe u samoj unutrašnjosti horizonta događaja, opća relativnost predviđa singularnost (lat. singularitas=singularitet, neobičnost, jedinstvenost), a to je mjesto gdje prostorno-vremenska krivulja postaje beskonačna i gdje gravitacione sile postaju beskonačno jake. Prostor-vrijeme unutar horizonta događaja je pekulijaran (svojstven, poseban, čudan) a u kojem je singularnost u svakoj posmatračevoj budućnosti, pa tako sve čestice unutar horizonta događaja se kreću neumoljivo prema njemu. Ovo znači da postoji konceptualna netačnost u nerelativističkom konceptu crne rupe kao što je to prvobitno pretpostavio John Michell 1783. godine. U Michellovoj teoriji izlazna brzina je jednaka brzini svjetlosti, ali bi još teoretski moglo biti moguće, naprimjer, izvući tijelo iz crne rupe koristeći uže. Opća relativnost eliminira takve rupe, jer kad je tijelo u horizontu događaja, njegov vremenski pravac sadrži krajnju tačku do njegovog vremena, i nema nikakvih mogućih svjetskih pravaca koji se vraćaju van kroz horizont događaja.

Očekuje se da će buduća oplemenjenja i generalizacije opće relativnosti (u djelimičnoj kvantnoj gravitaciji) promijeniti ono što se mislilo o prirodi unutrašnjosti crnih rupa. Mnogi teoretičari interpretiraju matematičku singularnost jednakosti, kao što se pokazuje, da današnja teorija nije kompletna i da se novi fenomeni moraju uključiti u funkciju dok se jedna približava singularnosti. Pitanje može biti previše akademsko, kao što kosmička kritičarska hipoteza naglašava da nema otvorenih singularnosti u općoj relativnosti: svaka singularnost je sakrivena iza horizonta događaja i ne može se istraživati.

Poznati objekti

Najbolji kandidat za crnu rupu je Cygnus X-1, ima jak izvor rentgenskog zračenja i nalazi se u sazviježđu Labud.^[1] Sagittarius A u sazviježđu Strijelac će zvanično biti prva crna rupa sa snimljenim horizontom događaja.^[3] Istraživanjem masivne galaksije NGC 1600 otkrivena je 2016. u njenom centru crna rupa koja ima 16 miljardi masa Sunca. Najveća do sada otkrivena je 2011. u NGC 4889 sa 21 milijardu masa Sunca. Obe su locirane u sazviježđu Eridan.^[4]