Czarne dziury - informacje:

Ogólna teoria względności Einsteina opisuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, spowodowane obecnością skupionej materii. Niewielka krzywizna pozwala obserwować otaczający nasz świat, stosując powszechne prawo grawitacji Newtona. Na przykład niezmienny ruch planet. Bardziej masywne i gęstsze obiekty wytwarzają silniejszą siłę grawitacji. Najgęstsze twory, mające tak silną grawitację, że nic - nawet światło, nie może wydostać się spod ich wpływu, przewidziane przez teorię względności, noszą nazwę:

czarnych dziur.

Dlaczego czarne? Główną przyczyną jest fakt, że światło nie może uciec ze środka czarnej dziury: po prostu znika ono z widzialnego wszechświata. Czy czarne dziury rzeczywiście istnieją? Większość naukowców potwierdza to na podstawie coraz większej liczby danych obserwacyjnych. Również współczesne teorie dotyczące Wielkiego Wybuchu przewidują istnienie osobliwości i czarnych dziur. Sam Einstein żywo zaprzeczał ich obecności wierząc, jak większość ówczesnych fizyków, że czarna dziura jest zwykłym matematycznym dziwactwem. Zmarł w 1955 roku, zanim termin "czarna dziura" został wymyślony, zrozumiany, i zanim udowodniono, na podstawie przeprowadzonych obserwacji, jej istnienie.
Czarne dziury powstają w wyniku kolapsu grawitacyjnego (zapadania się) gwiazd lub innych masywnych obiektów, formując tzw. osobliwość - twór o nieskończonej gęstości. Gwiazda w ciągu swojego życia, w wyniku ciągle w niej zachodzących reakcji termojądrowych, generuje promieniowanie elektromagnetyczne, zawierające fotony (cząstki światła). Promieniowanie to wpływa na zewnętrzne ciśnienie, idealnie równoważąc wewnętrzny wpływ siły grawitacyjnej, wytwarzanej przez gwiazdę. Kiedy paliwo jądrowe zostaje wyczerpane, zmniejsza się ilość promieniowania wysyłanego przez gwiazdę, co powoduje przewagę grawitacji a tym samym powolne zapadanie się gwiazdy. W wyniku kontrakcji jądra obiektu, wzrasta wewnętrzna temperatura a pozostałe resztki materiału nuklearnego zostają użyte jako paliwo. Gwiazda chwilowo przestaje się zapadać.
W przypadku kiedy cały zapas paliwa zostanie wyczerpany, kolaps jest nieunikniony. Jak daleko będzie się on posuwał, w co przekształci się zapadający się obiekt, zależy głównie od masy gwiazdy. Jeżeli jest wystarczająco masywna lub ściśliwa, może się przekształcić w czarną dziurę. Jeżeli jednak jej masa jest niewielka bądż materiał, z którego powstała - gęsty, wówczas taka gwiazda staje się białym karłem lub gwiazda neutronową. Zgodnie z definicją, czarna dziura jest obszarem, gdzie zapadnięta materia ma nieskończonš gęstość i w związku z tym zakrzywienie czasoprzestrzeni jest maksymalne. Co więcej intensywne pole grawitacyjne, wytwarzane przez takie obiekty, uniemożliwia cząstkom światła i innym formom promieniowania elektromagnetycznego ucieczkę na zewnątrz. Jednak pojawia się pytanie, gdzie dokładnie znajduje się ów graniczny punkt, po przekroczeniu którego materia i energia giną z widzialnego wszechświata. Stosując się do równań pola Einsteina dotyczących zapadających się gwiazd, niemiecki astrofizyk, Kurt Schwarzschild, wyprowadził krytyczny promień zadanej masy, dla którego materia zapada się w tzw. osobliwość. Dla czarnej dziury o masie równej 10 Słońcom, taki promień wynosi około 30 kilometrów, natomiast obwód - 189 kilometrów. Najprościej można sobie wyobrazić czarną dziurę (czarna dziura Schwarzschilda) jako sferę. Centralnym punktem takiego obiektu jest osobliwość, zaś cała powierzchnia znana jest jako tzw. horyzont zdarzeń. Nic nie może wydostać się poza niego, stąd nie jesteśmy w stanie ocenić wyglądu wnętrza czarnej dziury. Horyzont zdarzeń "pojawia się" w momencie kiedy gwiazda osiąga krytyczny obwód. Dlaczego"pojawia się" ? Ponieważ promienie świetlne złapane w pułapkę są izolowane od tych, którym udało się umknąć przed wpływem silnego pola grawitacyjnego. Jednak część uciekajacych promieni mimo wszystko zostanie przechwyconych przez czarną dziurę - tak się dzieje, gdy w tym czasie część materii lub energii do niej "wpadnie" , zwiększając tym samym jej siłę grawitacyjną. Stąd horyzont zdarzeń wytyczony jest przez te "krytyczne" promienie świetlne, które nigdy nie wydostaną się poza powierzchnię czarnej dziury.
Jak już zostało wcześniej wspomniane, w centrum czarnej dziury znajduje się osobliwość, w której materia zostaje zmiażdżona, osiągają nieskończoną gęstość, przyspieszenie siły ciężkości jest niewyobrażalnie duże a czasoprzestrzeń zakrzywia się maksymalnie. W tym momencie nie możemy już mówić o czasie i przestrzeni, tym bardziej czasoprzestrzeni. Zapętlona w osobliwości nie posiada już takich własności jakie znamy. Wszelkie znane prawa fizyczne przestają obowiązywać, nawet te przewidziane przez Einsteina, zgodne z ogólną teoria względności. Wchodzimy w obszar kwantowej grawitacji, tzn. taką dziwaczną rzeczywistość, w której przestrzeń i czas są rozdzielone, przyczyna i skutek - nieokreślone. Nawet teraz naukowcy nie są w stanie podać satysfakcjonujacej teorii, dotyczącej zdarzeń, mających miejsce w głębi czarnej dziury.
Nie dziwi nas fakt, że w ciagu swojego życia, Einstein odrzucał możliwość istnienia osobliwości. Implikacje mogące z tego faktu wyniknąć były tak wstrząsające, że nawet w końcu lat 60-tych fizycy ciągle przypuszczali, że natura wszechświata odrzuca istnienie takich obiektów jak "nagie osobliwości" . Gdyby tak było, owe twory odmieniłyby cały wszechświat w sposób niemożliwy do przewidzenia. W związku z tym istniejące w kosmosie osobliwości muszą być "otulone" wewnątrz czarnych dziur (jest to tzw. kosmiczna cenzura).
Nie możemy zagladać do wnętrza czarnych dziur. Osobliwością rzadzi przypadkowość. Zatem co tak naprawdę wiemy o nich? W jaki sposób poznać ich sekrety? Odpowiedzią (przynajmniej częściowa) jest zrozumienie poczatkowego etapu ewolucji tych obiektów. Istnieją dwa możliwe, częściowe rozwiązania równań Einsteina, dotyczace czarnych dziur:
    * nie obracająca się, sferycznie symetryczna czarna dziura, postulowana przez Schwarzschilda
    * obracająca się, sferyczna czarna dziura przewidziana w 1964 roku przez nowozelandzkiego matematyka, Roya Kerra.
Oba typy czarnych dziur sa"stacjonarne" czyli niezmienne w czasie, przynajmniej do czasu dopóki ich spokój nie zostanie w jakiś sposób zakłócony. Wobec tego są jednymi z najprostszych do opisania obiektów znanych w ogólnej teorii względności. Wystarczy podać dwie zmienne określajace masę i moment pędu. Teoretycznie czarne dziury moga posiadać również pewien ładunek elektryczny, jednak szybko przyciągnie on taki sam o przeciwnym znaku. W związku z tym w każdej "rzeczywistej" czy astrofizycznej czarnej dziurze ostateczny ładunek będzie dążył do zerowej wartości. Ten fakt dowodzi prostoty tych obiektów - oprócz dwóch wyżej wymienionych charakterystycznych wielkości (masa i moment pędu) nie posiada innych. Jak się jednak okazuje, nie wszystko jest takie proste.
Czarne dziury formuja się w wyniku różnorakich skomplikowanych procesów. Kiedy czarna dziura powstaje przez zapadnięcie się bardzo masywnej gwiazdy, lub kiedy jej obecność narusza inna czarna dziura, wkręcająca się w nią, skutkiem są zakłócenia czasoprzestrzenne, prowadzące do generowania fal grawitacyjnych. Cyfrowe rozwiązania równań Einsteina, dokonane przy pomocy komputerów o ogromnej mocy, pozwoliły naukowcom zasymulować emisję fal grawitacyjnych, wytwarzanych przez zaburzone lub wzajemnie na siebie odziaływujące czarne dziury. Wizualizacja takiej symulacji pozwala dostrzec nie tylko intrygujące ale też piękne wzory fal. Emitując fale grawitacyjne, niestacjonarna czarna dziura traci energię, ewentualnie może stać się nieruchomym obiektem obniżającym swoją energię przez promieniowanie. Mówiąc inaczej, zmierzająca ku swemu końcowi, nieruchoma czarna dziura, jest idealnie sferyczna a jej rotacja - jednostajna, Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, takie obiekty nie mogą generować fal grawitacyjnych. Pomimo iż nie jesteśmy w stanie zobaczyć czarnej dziury (skoro nawet światło nie umknie spod wpływu jej pola grawitacyjnego), możemy jednak zaobserwować wpływ na pobliską materię. Dla przykładu, gaz pochodzący z niedalekiej gwiazdy zostaje wessany do czarnej dziury, silna energia grawitacyjna podgrzeje ów gaz do miliona stopni. Powstające w wyniku tego promienie X wskazuja na istnienie czarnej dziury. Albo jeżeli masywna czarna dziura otoczona jest olbrzymią liczbą obiektów obracających się (nawet gaz lub pył), wówczas szybki ich ruch skierowany do wnętrza tej czarnej dziury może być obserwowalny dzięki zmianom w emisji energii.
Jednak są to dowody pośrednie i nieprzekonywujące. Potwierdzeniem faktycznego istnienia czarnych dziur jest obserwacja fal grawitacyjnych, które są wytwarzane w czasie formowania się lub interakcji z innymi obiektami.