kozmos.hr
Jeste li znali?

Što znamo o eksplozijama crnih rupa?

Umjetnički prikaz 'eksplozije' koja se događa kada zvijezda prođe preblizu supermasivne crne rupe (©Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF).
objavljeno

Crne rupe jedne su od najfascinantnijih pojava koje ‘gutaju’ sve na svome putu – no, mogu li ovi ‘kozmički usisivači’ ikada eksplodirati i ako da kako?

‘Eksplozivne’ crne rupe?

Crne rupe najbolje je zamisliti kao ‘kozmičke usisivače’ –masivne objekte toliko velike da im čak ni svjetlost ne može pobjeći. Većina ljudi zamišlja da crne rupe ne rade ništa drugo nego samo sjede i ‘proždiru’ lutajuće komade plina ili prašine.

No, mogu li crne rupe zapravo imati zanimljivije unutarnje živote? Mogu li, na primjer, eksplodirati? Ako ‘eksploziju’ definiramo kao „iznenadno, kratko oslobađanje goleme količine energije“ onda je odgovor nedvosmisleno potvrdan. Zanimljivost crnih rupa je što mogu ‘eksplodirati’ na nekoliko zanimljivih načina, detonirajući sebe ili svoju okolinu.

Teoretski fizičari tvrde da crne rupe mogu stvarati vrtložne strukture

Hawkingovo zračenje

Postoji jedan način na koji crne rupe mogu eksplodirati. Proces koji stoji iza ovoga povezan je s činjenicom da crne rupe nisu potpuno crne, što je otkrio slavni astrofizičar Stephen Hawking 1976. godine. „U klasičnoj fizici ništa ne može izaći iz rupe,“ rekao je Samir Mathur, fizičar sa Sveučilišta Ohio State te dodao „ali Hawking je otkrio da s kvantnom mehanikom rupa polako gubi svoju energiju u beskonačnost emitirajući niskoenergetsko zračenje“ koje se zove Hawkingovo zračenje.

Sve dok crna rupa ne usisava novi materijal, polako će gubiti masu dok emitira Hawkingovo zračenje. Međutim, Hawkingovo zračenje emitira se sporo. Normalna crna rupa s masom nekoliko puta većom od Sunčeve emitira približno jedan foton, ili paket svjetlosti, svake godine. Pri toj brzini tipičnoj crnoj rupi trebalo bi 10100 godina da potpuno ispari.

Supermasivna crna rupa u središtu Mliječne staze. Izvor: Depositphotos.com.
Supermasivna crna rupa u središtu Mliječne staze (©Depositphotos).

Hawkingove primordijalne ‘bombe’

Međutim Hawking je shvatio da manje crne rupe mnogo brže ispare. Kako crna rupa postaje sve manja i manja, emitira sve više i više zračenja. U posljednjim trenutcima svog života crna rupa emitira toliko zračenja i tako brzo da se učinkovito ponaša poput bombe, oslobađajući ‘eksploziju’ visokoenergetskog zračenja i čestica.

Ako su se male crne rupe (otprilike veličine Zemlje) formirale u iznimno ranom svemiru, trebalo bi im nekoliko milijardi godina da ispare, što znači da bi te primordijalne crne rupe, ako postoje, eksplodirale po cijelom svemiru upravo sada. Nažalost astronomi do danas nisu pronašli nikakve dokaze o eksploziji primordijalnih crnih rupa, ali one bi mogle biti tamo.

Zvijezda koju je crna rupa pretvorila u ‘kozmičke špagete’

Superzračenje

Crne rupe također ‘eksplodiraju’ s još jednom vrstom eksplozije koja se ne može vidjeti nigdje drugdje u svemiru zahvaljujući činjenici da se vrte. Rotirajuće crne rupe – također nazvane Kerrove crne rupe u čast novozelandskog matematičara Roya Kerra, koji je prvi shvatio kako funkcioniraju – stvaraju ergosferu oko svojih horizonata događaja. Ergosfera je izduženo područje prostora u kojem ništa ne može ostati mirno. Sve što padne prema rotirajućoj crnoj rupi počinje kružiti oko nje kad čestica uđe u ergosferu.

Rotirajući prostor-vrijeme oko crne rupe također može privući fotone. Ako ima dovoljno fotona, oni se mogu odbijati jedni od drugih ili od bilo koje lutajuće čestice. Ponekad zbog odbijanja fotoni čak pobjegnu iz ergosfere. No ponekad odbijanje uzrokuje da fotoni padnu dublje prema crnoj rupi, gdje dobivaju energiju. Zatim se mogu ponovno raspršiti u višu orbitu, a zatim pasti natrag.

Sa svakim ponavljanjem procesa i svakim putovanjem oko crne rupe, foton dobiva energiju, a sam proces poznat je pod nazivom superzračenje. Ako se foton konačno oslobodi, imat će ogromnu količinu energije u usporedbi s onom kad je krenuo na svoje putovanje. Ako dovoljno fotona sudjeluje u procesu, svi mogu odjednom eksplodirati s nevjerojatnom energijom, postajući ono što je poznato kao ‘bomba crne rupe‘. Iako sama crna rupa tijekom ovog događaja ne eksplodira, ovaj efekt superzračenja pokazuje koliko snažno crne rupe mogu utjecati na svoje okruženje.

Supermasivne crne rupe utječu na formiranje zvijezda u galaksijama

Diskovi i mlaznice

Najčešći način na koji crne rupe uzrokuju eksplozije nije njihovo vlastito samouništenje, već čista snaga njihove gravitacijske sile. Supermasivne crne rupe nalaze se u središtima galaksija, a ponekad velike nakupine materije – poput zvijezda – prođu preblizu. Kada se to dogodi, zvijezda biva rastrgana na komadiće, a taj proces ‘kidanja’ oslobađa eksplozivan nalet energije. Astronomi na Zemlji mogu svjedočiti ovom oslobađanju energije kao kratkom, ali intenzivnom, bljesku X- i gama- zračenja.

Umjetnički prikaz 'eksplozije' koja se događa kada zvijezda prođe preblizu supermasivne crne rupe (©Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF).
Umjetnički prikaz ‘eksplozije’ koja se događa kada zvijezda prođe preblizu supermasivne crne rupe (©Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF).

Osim što uništavaju zvijezde, ove divovske crne rupe često skupljaju rojeve materije koja se neprestano vrti oko njih u ogromnim akrecijskim diskovima. Akrecijski diskovi dosežu temperature od kvadrilijuna stupnjeva, što ih čini najsvjetlijim objektima u svemiru, a jedan sjajni disk može odjednom zasjeniti više od milijun galaksija.

NASA objavila snimke zvuka crne rupe

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Paul Sutter (26. rujna 2022.), „Do black holes explode?,“ space.com (pristup 28. rujna 2022).

 

Pratite Kozmos na Google Vijestima.