Да ли су научници заиста нашли црне рупе?

ЗВУЧИ попут научне фантастике — некада сјајне звезде постају невидљиве, смрскане сопственом силом гравитације и не дозвољавају ничему, па чак ни светлости, да им умакне. Многи астрономи верују да су такве црне рупе уобичајена ствар у свемиру. Да ли бисте желели више да сазнате о њима? Прича почиње у прекрасном северном сазвежђу названом Cygnus, што значи „лабуд“.

Cygnus X-1 — црна рупа?

Још од 1960-их, астрономи су били заинтересовани за одређено подручје сазвежђа Cygnus. Орбитирајуће опсерваторије које су биле лансиране изнад Земљине атмосфере откриле су снажни извор рендгенских зрака који долазе из овог подручја названог Cygnus X-1.

Научницима је већ одавно познато да што је већа температура неког предмета, то он емитује више енергије краћим и енергичнијим електромагнетним таласним дужинама. Ако грејете парче гвожђа у врелој пећници, оно ће у почетку бити црвено, затим жуто и на крају бело пошто гвожђе постаје све врелије. На сличан начин, звезде су попут гвоздених шипки. Релативно хладне звезде, чија је температура око 3 000 К, црвенкасте су боје, док жуте звезде попут Сунца, имају површинску температуру близу 6 000 К.a Међутим, да бисте добили зрачење рендгенским зрацима какво потиче из подручја Cygnusa X-1, морали бисте звездани гас угрејати на милионе Келвина. Такву површинску температуру нема ниједна звезда.

На подручју Cygnusa X-1, астрономи су пронашли једну звезду која према процени има површинску температуру од 30 000 К — заиста је веома врела, али ни близу толико врела да би емитовала ове рендгенске зраке. Ова звезда која је каталогизована под називом HDE 226868, процењује се да је око 30 пута масивнија од Сунца а од Земље је удаљена 6 000 светлосних година. Овај суперџин има једног сапутника, и њих двоје се врте један око другога у орбиталном валцеру сваких 5,6 дана. Научници процењују да је овај сапутник само неколико милиона километара удаљен од звезде HDE 226868. Према неким изворима, овај сапутник је око десет пута масивнији од Сунца. Међутим, постоји нешто веома необично у вези с тим сапутником — он је невидљив. Ниједна нормална звезда те величине не би требало да буде невидљива с такве удаљености од Земље. Тако велико тело које емитује рендгенске зраке али не и видљиву светлост има велике шансе да буде управо црна рупа, кажу научници.

Путовање до црне рупе

Замислите да можете путовати до Cygnusa X-1. Под претпоставком да се заиста ради о црној рупи, то што бисте могли видети било би веома слично илустрацији на 17. страни. Велика звезда је HDE 226868. Док пречник ове звезде износи милионе километара, црна рупа би могла имати пречник од око 60 километара. Малена црна тачка у средишту вртлога усијаних гасова јесте тај специфични хоризонт, то јест површина црне рупе. Ипак то није нека чврста површина, више је налик сенци. То је ивица подручја где је гравитација око црне рупе толико јака да јој чак ни светлост не може умаћи. Многи научници мисле да се унутар тог хоризонта, у центру црне рупе, налази тачка нулте масе и бесконачне густине, иначе позната као сингуларитет, у којој сва материја у црној рупи нестаје.

Црна рупа упија спољашње слојеве гаса од звезде сапутника. Звездани гас формира усијани диск док се гас све брже и брже спирално врти и трењем загрева око црне рупе. Док се гас убрзава невероватном брзином захваљујући снажној гравитацији, овај диск од прегрејаног гаса емитује рендгенске зраке тик изван црне рупе. Наравно, кад једном гас упадне у црну рупу, рендгенски зраци више не могу изаћи — нити било шта друго.

Cygnus X-1 је спектакуларан призор, али немојте се превише приближити! Нису само његови рендгенски зраци смртоносни већ такође и његова гравитација. На Земљи, док стојите усправно постоји незнатна разлика у сили гравитације између ваше главе и ваших стопала. Ова разлика ствара мајушно развлачење које се не може осетити. Међутим, на Cygnusu X-1 та мала разлика у гравитационој сили појачава се 150 милијарди пута, стварајући силу која би у ствари растеглила ваше тело, као да вам невидљиве руке вуку ноге на једну страну а главу на другу!

Cygnus A — да ли је то супермасивна црна рупа?

Постоји и једно друго мистериозно подручје у сазвежђу Cygnus. Визуелно, то подручје у себи садржи само веома мали део једне удаљене галаксије, али зато емитује један од најјачих радио таласа на небу. Зове се Cygnus A, и откако је пре више од 50 година откривено, научници су збуњени њиме.

Запањујућа је и сама помисао на сразмере Cygnusa A. Док се Cygnus X-1 налази унутар наше галаксије на удаљености од неколико хиљада светлосних година, за Cygnusa A верује се да је удаљен стотине милиона светлосних година. Премда су Cygnus X-1 и његов видљиви сапутник један од другога удаљени само отприлике једну светлосну минуту, стубови које у Cygnusu A ова два радио млаза стварају, удаљени су стотинама хиљада светлосних година.b Очигледно је нешто у центру Cygnusa A избацивало ове јаке млазове енергије у супротне смерове стотинама хиљада или чак милионима година, попут неке врсте космичког зрачног топа. Детаљне радио мапе центра Cygnusa A откривају да је у поређењу с радио млазовима, зрачни топ веома мали, по величини мањи од светлосног месеца. Да се зрачни топ све време померао, снопови би били вијугави. Међутим ови мистериозни млазови су савршено прави, као да је тај зрачни топ који их испаљује био стабилизован огромним жироскопом.

Шта би могао бити узрок овог феномена? Професор Кип С. Торн пише: „Од десетина идеја које су биле предложене до раних 1980-их, и које су говориле о том централном мотору, само је једна од њих укључивала неки дуговечни величанствени жироскоп, по величини мањи од светлосног месеца и са способношћу стварања моћних млазова. Та јединствена идеја била је једна гигантска, ротирајућа црна рупа.“

Други кандидати за црну рупу

Године 1994, поправљени свемирски телескоп Хабл погледао је изблиза „оближњу“ галаксију М87, која је по процени удаљена 50 милиона светлосних година. Са својом подешеном оптиком, Хабл је открио вртлог гасова у центру М87, који се вртео око неког објекта запањујућом брзином од 2 милиона километара на сат. Шта би могло проузроковати да се гасови крећу таквом брзином? Прорачуни су показали да објекат унутар вртлога мора имати масу најмање два милиона пута већу од масе Сунца. Међутим, тај предмет је набијен у „мајушни“ простор величине нашег Сунчевог система. По мишљењу научника, једина ствар која би одговарала опису, јесте нека супермасивна црна рупа.

До сада су у центру многих оближњих галаксија откривени кандидати за црну рупу, укључујући и нашу „комшиницу“, галаксију Андромеду, удаљену само око два милиона светлосних година. Али, можда постоји једна џиновска црна рупа, нама још ближа од Андромеде! Недавна истраживања указују на то да и у центру наше галаксије, у Млечном путу, постоји једна огромна црна рупа. На једном малом подручју, нешто што по процени има масу која је 2,4 милиона пута већа од масе Сунца, узрокује да се звезде близу центра наше галаксије окрећу око њега страховитом брзином. Физичар Торн примећује: „Докази који су полако сакупљани током 1980-их, указују да се такве рупе не налазе само у језгру већине квазара и радио галаксија већ такође и у језгру већине великих, нормалних (не радио) галаксија попут Млечног пута и Андромеде.“

Да ли су научници заиста открили црне рупе? Могуће је. Сасвим сигурно, открили су неке веома чудне објекте у сазвежђу Cygnus и на другим местима који се тренутно најлакше могу објаснити као црне рупе. Међутим, нови подаци могу изменити устаљене теорије.

Пре више од 3 500 година, Бог је упитао Јова: „Знаш ли законе небеске?“ (Јов 38:33). Упркос импресивном научном напретку, то питање је још увек подесно. На крају крајева, у моменту када човек почиње мислити да разуме свемир, настаје неко ново неочекивано запажање које нарушава његове пажљиво састављене теорије. У међувремену, ми можемо с дивљењем посматрати сазвежђа и уживати у њиховој дивоти!

[Фусноте]

[Оквир на странама 16, 17]

Шта би створило једну црну рупу?

САДАШЊЕ научно разумевање говори нам да звезде сијају због непрестане борбе између гравитације и нуклеарних сила. Без гравитације, која сабија гас дубоко у унутрашњост звезде, не би могла настати нуклеарна фузија. С друге стране, без нуклеарне фузије која се одупире сили гравитације, звездама би се могле догодити неке веома чудне ствари.

Научници верују да када звезде величине нашег Сунца исцрпу своје нуклеарно гориво, које је сачињено од водоника и хелијума, гравитација их сабија у врелу шљаку величине Земље, названу бели патуљак. Бели патуљак може имати масу попут Сунца, међутим, његова маса је сабијена на милион пута мањи простор.

Обичну материју можете замислити као један углавном празан простор, са скоро свом масом сваког атома смештеном у малом језгру окруженом много већим облаком електрона. Међутим, унутар белог патуљка гравитација сабија облак електрона у мали делић своје пређашње запремине, смањујући звезду на величину планете. За звезде које су величине нашег Сунца, код ове тачке настаје нерешена ситуација између гравитације и силе коју поседују електрони, спречавајући било какво даљње сабијање.

Шта је са звездама које су теже од Сунца, с јачом гравитацијом? Код звезда које су више од 1,4 пута масивније од Сунца, сила гравитације толико је јака да је облак електрона сабијен у непостојање. Тада се протони и електрони претварају у неутроне. Уколико гравитација није прејака, неутрони се одупиру даљњем сабијању. Уместо белог патуљка величине једне планете, последица је неутронска звезда величине неког малог астероида. Неутронске звезде се састоје од најгушћег материјала који је познат у свемиру.

Међутим, шта ако је гравитација још јача? Научници верују да је код звезда које су отприлике троструке величине нашег Сунца, гравитација прејака да би је неутрони издржали. Научници не знају ни за једну врсту материје која би могла да се супротстави свеукупној сили једне такве гравитације. Изгледа да се лопта неутрона величине астероида не би само сабијала у неку мању лопту већ би се сабила у ништа, у тачку звану сингуларитет или у неку другу за сада још неописану теоретску твар. Звезда би на изглед нестала, остављајући за собом само своју гравитацију и једну црну рупу на месту где се раније налазила. На месту пређашње звезде, црна рупа би створила једну гравитациону тмину. Било би то подручје где је гравитација толико снажна да не би могло ништа — па чак ни светлост — да умакне.

[Слике на 16. страни]

Сазвежђе Cygnus поред осталог садржи и маглину Северна Америка (1 ) и Чипкасту маглину (2 ). Cygnus X-1 (3 ) налази се према доњем делу лабудовог врата.

Cygnus (Лабуд)

[Извор слика]

Tony and Daphne Hallas /Astro Photo

Tony and Daphne Hallas /Astro Photo

[Слике на 17. страни]

Cygnus X-1 теоретски

Црне рупе су откривене на основу њиховог утицаја на друга тела. Ова илустрација показује гасове који потичу од звезде коју црна рупа увлачи у себе

Уметникова замисао црне рупе (у оквиру), и увеличано (испод)

[Извор слика на 14. страни]

Ајнштајн: U.S. National Archives photo