Nu vă lăsaţi păcăliţi de nume: o gaură neagră este orice altceva, numai spaţiu gol nu. O gaură neagră este mai degrabă o cantitate enormă de materie îngrămădită într-un spaţiu mic. Gândiţi-vă la o stea de 10 ori cât Soarele, comasată într-o sferă cât New Yorkul.
Rezultatul este un câmp gravitaţional atât de puternic, încât nimic, nici măcar lumina, nu-i poate scăpa. În ultimii ani aparatura deţinută de NASA a redat o nouă imagine a acestor obiecte bizare, care sunt, pentru mulţi, cele mai fascinante lucruri din spaţiu.
Această imagine în infraroşu realizată de telescopul spaţial Spitzer al NASA arată centrul agitat al Căii Lactee. În această imagine, stelele vechi şi liniştite apar cu albastru, iar praful de lângă stelele masive şi fierbinţi este roşu. Astronomii cred că în centrul galaxiei există o gaură neagră supermasivă, vizibilă aici ca un punct alb şi luminos.
Credit:NASA/JPL-Caltech/S.Stolovy(SSC/Caltech).
Cu toate că termenul nu a fost inventat decât în 1967 de fizicianul John Wheeler de la Universitatea Princeton, ideea unui obiect din spaţiu atât de masiv şi dens, încât lumina nu poate scăpa influenţei sale gravitaţionale a fost propusă de secole. Cea mai faimoasă prezicere a lor a fost cea făcută de teoria generală a relativităţii a lui Einstein, care a arătat că atunci când o stea masivă moare, lasă în urmă un nucleu dens. Dacă masa nucleului este mai mare decât de trei ori masa Soarelui, ecuaţiile arată că forţa de gravitaţie copleşeşte celelalte forţe şi produce o gaură neagră.
Oamenii de ştiinţă nu pot observa direct găurile negre, nici chiar folosind telescoape ce detectează razele X, lumina sau alte formă de radiaţie electromagnetică. Putem, totuşi, deduce prezenţa găurilor negre şi le putem studia prin detectarea efectelor produse de acestea asupra materiei din apropiere. Dacă o gaură neagră trece printr-un nor de materie interstelară, de exemplu, va începe să atragă material către interior printr-un proces numit acreţie.
Un proces similar poate avea loc dacă o stea obişnuită trece prin apropierea unei găuri negre. În acest caz, gaura neagră poate sfărâma steaua, fragmentele rezultate fiind proiectate către interiorul astrului. În timp ce materia atrasă accelerează şi se încălzeşte, aceasta emite raze X. Descoperirile recente oferă dovezi conform cărora găurile negre au o influenţă dramatică asupra vecinilor din imediata apropiere – producând puternice emisii de raze gama, devorând stelele din apropiere şi stimulând dezvoltarea de noi stele în unele zone ale spaţiului din vecinătate, dar şi încetinind procesul în altele.
Altă posibilitate interesantă devine valabilă atunci când gaura neagră este într-un sistem solar binar cu o stea compactă, precum cea neutronică sau altă gaură neagră. Când două găuri negre orbitează una în jurul celeilalte, masele lor accelerate creează unde gravitaţionale ce sunt emanate în spaţiu şi care transportă informaţii despre masele şi câmpurile gravitaţionale foarte puternice ce le-au creat. Undele gravitaţionale sunt unde ale curburii spaţiului ce pot fi detectate de misiuni precum Laser Interferometer Space Antenna (LISA) prin modul în care afectează geometria spaţiului în poziţia detectorului. Sub un anumit aspect, gaura neagră este alcătuită din masa ce o conţine şi din intensitatea câmpului gravitaţional din jurul ei, aşadar LISA va fi capabilă să vadă găurile negre. Cu ajutorul observaţiilor făcute, astronomii vor putea studia detaliile câmpului gravitaţional din jurul găurilor negre şi să măsoare parametrii acestora: masa, rotaţia şi poziţia lor pe cer.
Sfârşitul unei stele este începutul unei găuri negre
Explozie dublă. Atunci când o stea masivă rămâne fără combustibil, după cum arată şi această imagine, nucleul se prăbuşeşte şi formează o gaură neagră. Oamenii de ştiinţă au crezut mult timp că explozia ar fi urmată de o reacţie a materiei încă fierbinte, dar noi dovezi oferite de telescopul Swift indică faptul că o gaură neagră proaspăt creată cumva re-energizează explozia din nou şi din nou, creând explozii de energie multiple în câteva minute. Credit: NASA / GSFC / Dana Berry.
Majoritatea găurilor negre se formează din rămăşiţele unei stele mari ce a murit prin explozia ei ca şi supernovă. (Stelele mai mici devin stele neutronice, care nu sunt suficient de masive pentru a captura lumina). Dacă masa stelelor este îndeajuns de mare (aproximativ de trei ori masa Soarelui), poate fi teoretic dovedit că nici o forţă nu o poate împiedica să colapseze sub influenţa gravitaţiei. Oricum, pe când steaua colapsează, un lucru straniu se petrece. În timp ce suprafaţa stelei se află în imediata apropiere a unei suprafeţe imaginare numită “orizontul evenimentelor”, timpul de pe stea încetineşte în comparaţie cu timpul măsurat de observatorii îndepărtaţi. Când suprafaţa stelei ajunge la orizont, timpul se opreşte, iar steaua nu mai poate colapsa - este un obiect încremenit.
În urma ciocnirilor stelare pot apărea găuri negre de mari dimensiuni. Curând după lansare, în decembrie 2004, telescopul Swift al NASA observa puternice sclipiri de lumină cunoscute ca explozii de raze gama. Chandra şi Telescopul Spaţial Hubble au colectat date în urma reacţiei produse, astronomii concluzionând că exploziile puternice pot rezulta când o gaură neagră şi o stea neutronică se ciocnesc, producând altă gaură neagră.
"Copii" şi "giganţi"
Cu toate că informaţiile de bază sunt înţelese, un veşnic mister în ştiinţa găurilor negre este acela că par a fi de două tipuri, complet diferite. Pe de o parte sunt nenumăratele găuri negre, rămăşiţe alte stelelor masive. Presărate pretutindeni în Univers, aceste găuri negre stelare sunt în general de la 10 la 24 de ori mai masive decât Soarele. Astronomii le identifică atunci când o altă stea ajunge îndeajuns de aproape pentru ca materia înconjurătoare să fie prinsă de gravitaţia găurilor negre, împrăştiind raze X în timpul procesului. Majoritatea găurilor negre stelare duc vieţi izolate şi sunt imposibil de detectat. Judecând după numărul stelelor îndeajuns de mari pentru a produce asemenea găuri negre, oamenii de ştiinţă estimează că există între zece milioane şi un miliard de asemenea găuri negre singuratice în Calea Lactee.
De cealaltă parte sunt găurile negre gigantice, cunoscute şi ca supermasive, care sunt de milioane, dacă nu chiar de miliarde de ori mai masive decât Soarele. Astronomii cred că găurile negre supermasive se găsesc practic în centrul tuturor galaxiilor mari, chiar şi în Calea Lactee. Astronomii le pot detecta urmărind efectele pe care le au asupra stelelor apropiate şi a gazului interstelar.
Până acum nu s-au găsit dovezi ale existenţei găurilor negre mijlocii. Întrebarea este de ce nu? Din punct de vedere istoric, oamenii de ştiinţă au crezut că asemenea găuri negre pur şi simplu nu există, dar observaţiile recente au permis unor astronomi să privească lucrurile altfel. Întrebarea dacă găurile negre mijlocii există este un subiect curent foarte cercetat.
Grupuri circulare. Timp de decenii, cei mai multi cercetători au crezut că găurile negre au doar două dimensiuni: masa câtorva stele sau masa unui milion de stele sau mai mult. Aceste două găuri negre descoperite recent oferă un indiciu important ce lămureşte modul în care găurile negre se dezvoltă. Gaura neagră M15 (stânga) este de 4.000 de ori mai masivă decât Soarele nostru. G1 (dreapta), un grup circular mult mai mare, adăposteşte o gaură neagră masivă, aproximativ de 20.000 de ori mai masivă decât Soarele nostru.
În 1997, Telescopul Spaţial Hubble a fost echipat cu un instrument ce separă lumină vizibilă în diferite lungimi de undă: Telescopul Spaţial cu Imagini Spectografice (STIS). Măsurătorile făcute de STIS pot dezvălui viteza şi celelalte proprietăţi ale gazului în timp ce se învârte într-o gaură neagră, care la rândul său dezvăluie anumite caracteristici ale găurilor negre – de exemplu masa, dar şi cât de repede se roteşte. Aceste observaţii provenite de la Hubble sunt cele ce arată că majoritatea, dar posibil toate galaxiile mari adăpostesc găuri negre.
Materia ce înconjoară o gaură neagră stelară – cunoscută drept disc de acreţie – este compusă din gaz şi praf. În jurul unei găuri negre supermasive din centrul unei galaxii discul poate include, de asemenea, stele. În 2004, datele primite de la Chandra au oferit oamenilor de ştiinţă ocazia de a vedea cum o gaură neagră "devorează" o stea din apropiere.
Mai târziu în acel an, Chandra a reperat două găuri negre supermasive orbitând în aceeaşi galaxie – prin urmare sortite să se ciocnească. În octombrie 2005, Chandra a descoperit o serie de stele ce par a fi create de gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee.
Fuzionarea galaxiilor. Această ilustraţie prezintă două galaxii care fuzionează, un eveniment care declanşează o explozie de formare a stelelor şi oferă combustibil pentru găuri negre supermasive in centrul fiecărei galaxii. Pătratul din stânga jos prezintă o imagine Chandra a două găuri negre centrale - circa 70.000 de ani-lumină în afară - aparţinând celor două galaxii care fuzionează. Culorile diferite reprezintă diferenţele de absorbţie a razelor X de către gazul şi de praful din jurul găurilor negre.
Credit: CXC / M.Weiss.
Textul este traducerea articolului Black Holes, publicat de science.nasa.gov.
Traducerea: Anamaria Spătaru
