Crne rupe su možda najčudniji i najtajanstveniji objekti u poznatom svemiru. Nitko ih nije vidio, ali znanstvenici su sigurni da postoje. Ne predviđa ih samo Einstein, njihova prisutnost neizravno potvrđuje utjecaj koji imaju na prostor-vrijeme oko njih. Znamo nešto o tim objektima, ali ne znamo još više. Prema znanstvenicima, razumijevanje fenomena crnih rupa i, posebno, onih procesa koji se odvijaju u njihovim centrima, omogućit će nam ne samo razumijevanje, nego i pružiti nam priliku za kontrolu nad temeljnim silama prirode, na primjer, istom gravitacijom.
Svake godine, znanstvenici izvještavaju o otkrićima povezanim s crnim rupama, korak po korak, što vodi bližem razumijevanju njihove prirode. Danas ćemo razgovarati o deset najnovijih.
Mnoge crne rupe od srednje mase
Među obitelji crnih rupa možda su najistaknutije takozvane srednje crne rupe (ili međupredmetne) mase. Riječ je o crnim rupama, čija je masa značajno veća od mase crnih rupa zvjezdane veličine (od 10 do nekoliko desetaka solarnih masa), ali mnogo manja od one supermasivne crne rupe (od milijun do stotine milijuna solarnih masa). Prije se pretpostavljalo da se ova vrsta crne rupe pojavljuje mnogo rjeđe nego što su naznačile druge dvije klase, ali nedavno je otkriće pobijalo ovo mišljenje.
U 2018. godini znanstvenici su pronašli mjesto na kojem se takvi predmeti najčešće nalaze. Iz dosad neobjašnjivih razloga, crne rupe srednje mase najčešće se nalaze u središtima malih galaksija. Jednom kada su znanstvenici to shvatili, rijetka crna rupa više nije bila rijetka. Štoviše, ovo otkriće može pomoći u rješavanju još jedne misterije povezane s crnim rupama.
Jedno od najvažnijih pitanja moderne astronomije je priroda supermasivnih crnih rupa. Znanstvenici ne mogu razumjeti kako su neke otkrivene supermasivne crne rupe u relativno kompaktnim galaksijama brzo porasle u veličinu od Velikog praska. Te iste crne rupe srednje mase mogu upućivati na točan odgovor. Prema jednoj od pretpostavki, supermasivne crne rupe mogle su izrasti iz crnih rupa prosječne mase, prema drugoj - rođene su na taj način od samog početka. Ali kako? Znanstvenici još ne mogu dati točan odgovor, ali čini se da se počinju kretati u pravom smjeru.
Promotivni video:
Tajanstveni objekti u blizini Strijelca A *
Strijelac A * je supermasivna crna rupa smještena u središtu naše galaksije. Početkom 2000-ih znanstvenici su otkrili dva tajanstvena predmeta pokraj. Oni su dobili nadimak objektima klase G i u početku su bili u zabludi zbog oblaka plina i prašine. Misterija je započela nakon što su se ti predmeti približili crnoj rupi. Umjesto da ih rastrgne snažna gravitacija supermasivne crne rupe, objekti G1 i G2 nekako su uspjeli preživjeti.
U 2018. godini znanstvenici su otkrili još tri objekta klase G (G3, G4, G5) u blizini Strijelca A *. Analiza podataka prikupljenih tijekom 12 godina konačno nije razjasnila sliku astronomima. Predmeti privlače pažnju zbog svojih neobičnih svojstava. Svih pet G-objekata imaju karakteristične vizualne potpise plinskih oblaka, ali ponašaju se poput zvijezda ogromne mase.
Na temelju toga, znanstvenici su pretpostavili da su naišli na vrlo rijedak tip zvijezda, koji nije karakterističan za našu galaksiju. Znanstvenici pojašnjavaju pojavu ovih objekata jedinstvenim uvjetima u blizini supermasivne crne rupe: ovdje se, pod utjecajem moćne gravitacije, binarne zvijezde mogu srušiti u obliku jednog jedinog velikog predmeta umotanog u guste omotnice plina i prašine. Ipak, znanstvenici napominju da nemaju svi objekti slične orbite oko crne rupe, pa još ne mogu precizno objasniti prirodu fenomena koji su vidjeli.
Najstarija crna rupa
Otkrivanje najstarije crne rupe nije samo pitanje starosti. Otkriće ovog starca može nam pomoći u rješavanju mnogih zanimljivih misterija povezanih s erom kada su se prve zvijezde u svemiru tek počele paliti.
Prema znanstvenicima, crna rupa ULAS J1342 + 0928 otkrivena 2017. godine rođena je tek oko 690 milijuna godina nakon Velikog praska. Kad je kosmos bio samo 5 posto današnje dobi, masa ove crne rupe već je bila 800 milijuna puta veća od mase našeg Sunca.
Objekt se nalazi oko 13,1 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje i formiran je tijekom prvih dana svemira. To se razdoblje često naziva erom reionizacije, kada su se zbog gravitacijske privlačnosti počele pojavljivati prve zvijezde, galaksije, grozdovi i superklasteri galaksija. Cjelokupna slika reionizacije znanstvenicima još uvijek nije jasna, pa bi crne rupe koje su se pojavile u tom razdoblju sigurno mogle biti jedan od najzanimljivijih izvora novih informacija.
Kao što je gore spomenuto, znanstvenici također ne mogu razumjeti kako su u tako kratkom vremenu nakon Velikog praska, crne rupe mogle nakupiti ogromnu količinu mase. Objekti poput ULAS J1342 + 0928 mogli bi rasvijetliti ovo pitanje, ali kako bi izvukli bilo kakve zaključke, bilo bi lijepo pronaći barem još nekoliko sličnih svemirskih dinosaura. Nažalost, crne rupe u doba reionizacije izuzetno su rijetke.
Najbrže rastuća crna rupa
U 2018. godini znanstvenici su otkrili "gladnu" crnu rupu u poznatom svemiru. Svakog dana, svake sekunde, on troši masu koja je ekvivalentna masi našeg Sunca, zbog čega također brzo raste. Srećom po nas, ona je jako daleko. Kad bi se ovo čudovište nalazilo u središtu Mliječnog puta, tada bi X-zrake koje stvara sterilizirali Zemlju iz bilo kojeg života.
Kada su znanstvenici otkrili prvo svjetlo iz kvazara J2157-3602 povezano s ovom crnom rupom, njegova starost procijenjena je na 12 milijardi godina. Čim su znanstvenici potvrdili da doista postoji crna rupa pored kvazara, njegova masa već je bila oko 20 milijardi solarnih masa. Trenutno astronomi ne mogu objasniti razlog brzog rasta crne rupe.
Jedino što se o ovom objektu zna jest da njegovi apetiti zagrijavaju okolni plin i prašinu do takvog stanja da će njihova svjetlina lako zasjeniti svjetlost gotovo svih zvijezda na nebu.
Skriveni grozd
Jedan klaster galaksije može sadržavati stotine ili čak tisuće galaksija. Znanstvenici ove nakupine smatraju jednim od najvećih objekata u svemiru. Mislite li da je takav glodar nemoguće sakriti s jednim svemirskim objektom? Vi ste u krivu. Jedan je kvazar dokazao suprotno.
Otkriveni objekt nazvan je PKS1353-341 i prvotno je trebao biti zasebna galaksija, s nevjerojatno svijetlim središnjim dijelom. Međutim, astronomi s Tehnološkog instituta u Massachusettsu 2018. otkrili su istinu koja je bila skrivena nekoliko desetljeća otkad je objekt otkriven. Pokazalo se da objekt nije galaksija, već jedan jedini kvazar (regija vrućeg plina koja okružuje supermasiranu crnu rupu), koji se nalazi u središtu čitavog galaksije, smještenom 2,4 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje.
Kvazar je bio toliko svijetao da je doslovno pomračio cijeli okolni prostor koji sadrži stotine galaksija. Znanstvenici s MIT-a izračunali su njegovu svjetlinu, a pokazalo se da je ona 46 milijardi puta svjetlija od Sunca. Prema istraživačima, takva je ekstremna svjetlina povezana s apsorpcijom velike količine okolnog materijala u središnju supermasivnu crnu rupu.
Dvojni sustavi
Još jedna misterija za znanstvenike su takozvane dvostruke, odnosno uparene crne rupe koje se omotavaju jedna oko druge. Slučajevi sudara crnih rupa naučnici su već primijetili u prošlosti. Dvije su identificirane u 2015., a još jedna u 2017. godini. Iznenađujuće, zahvaljujući potonjem, znanstvenici su prvi put postali izravni svjedoci jednako rijetke pojave.
U primljenom signalu sudara dviju crnih rupa uočeni su znakovi gravitacijskog valovanja prostora-vremena - promjena gravitacijskog polja koja se širi poput valova. U ovom slučaju obje crne rupe nisu uništene, već su se spojile u jedinstvenu cjelinu - supermasivnu crnu rupu, još veće veličine od svojih prethodnika.
Znanstvenici imaju dvije pretpostavke o prirodi pojave sustava iz binarnih crnih rupa. Prema jednom, binarne crne rupe pojavljuju se kada binarni sustavi zvijezda umiru. Prema drugom, crne rupe nastaju neovisno jedna o drugoj i nakon toga, odlazeći u svemir, privlače se jedna drugu pod utjecajem gravitacijskih sila.
Smrtonosni mjehurić
U 2018. godini fizičari su predložili drugi scenarij apokalipse: Zemlja bi mogla biti uništena crnim rupama. Godinu dana ranije, znanstveni svijet proslavio je potvrdu otkrića gravitacijskih valova, fenomena koji rasteže i skuplja tkaninu stvarnosti. Ta je moć smrtonosna.
U novoj teoriji, znanstvenici sa Sveučilišta Princeton predvidjeli su jedan od scenarija onoga što bi se moglo dogoditi ako se kao posljedica visokoenergetskih kozmičkih kataklizmi (na primjer, kada se dvije crne rupe ili dvije neutronske zvijezde spajaju), nastali gravitacijski valovi međusobno sudaraju.
Radi ilustracije, gravitacijski valovi često se uspoređuju s krugovima u vodi koji nastaju prilikom bacanja kamena. Međutim, ako se čestica ili objekt kreće brzinom svjetlosti, mogu se pojaviti ravninski gravitacijski valovi. Prema znanstvenicima, ako su valovi dovoljno veliki, onda bi njihov sudar mogao stvoriti divovsku crnu rupu koja će promijeniti prostor i vrijeme na ogromnom području vanjskog prostora.
Ako se to dogodi pored Zemlje, tada će prestati ne samo sva živa bića, već i sam planet i cijeli Sunčev sustav.
Rogue Black Hole
Znanstvenici su se više puta pitali o mogućnosti „izbacivanja“galaksija iz njihovih središnjih crnih rupa. Međutim, dugo vremena astronomi nisu mogli pronaći dokaze o ovom fenomenu. No 2017. godine galaksija 3C186 predstavila je svemirske istraživače pravim iznenađenjem.
Prema znanstvenicima, ranije su galaksije 3C186 bile dvije odvojene galaksije, koje su se u jednom trenutku njihove povijesti spojile u jednu. Nova galaksija poprimila je sasvim jasne obrise i oblik, umjesto navodne neuredne strukture, no glavno iznenađenje stiglo je iz njezinog središta: znanstvenici, puni nade da će u njoj pronaći supermasivnu crnu rupu, nisu ništa pronašli.
Kasnije je crna rupa još uvijek otkrivena, samo 35.000 svjetlosnih godina od galaktičkog centra 3C186. Kad su se dva zvjezdana grozda sudarila, središnje galaktičke crne rupe sudarale su se, stvarajući na kraju supermasiranu crnu rupu. Ovaj je događaj najvjerojatnije stvorio vrlo snažne gravitacijske valove koji su ovu novoformiranu crnu rupu potisnuli iz galaksije, objašnjavaju znanstvenici.
No, pokazalo se da to nije baš lako, nastavljaju istraživači. Izbacivanje crne rupe iz galaktičkog središta zahtijevalo je energiju ekvivalentnu eksploziji 100 milijuna supernova. Znanstvenici još uvijek nisu shvatili što se tamo zapravo dogodilo, ali već postaje jasno da postoje sile koje mogu izdržati čak i snagu samih crnih rupa.
Zanimljivo je da se rožnata crna rupa i dalje pomiče prema rubovima svoje galaksije. Prema sadašnjoj stopi, potpuno će se izbaciti izvan nje za oko 20 milijuna godina.
Obrnuto vrijeme
Crne rupe nastaju kada dođe do gravitacijskog kolapsa (kompresije) dovoljno masivne zvijezde ili do kolapsa središnjeg dijela galaksije ili protogalaktičkog plina. U ovom se trenutku u svemir baca ogromna količina gama zračenja. Potonji je, sa svoje strane, najsvjetliji elektromagnetski događaj koji se događa u Svemiru, a znanstvenici ga još uvijek ne razumiju u potpunosti.
U 2018. godini pronađeni su vrlo čudni znakovi u snimljenim signalima gama zraka, koji se, prema istraživačima iz NASA-e, mogu protumačiti kao "preokret vremena". Tipično, svaki gama-zraka emitira oblik signala potpisa koji se nikad ne ponavlja. Otkriveni signali sadržavali su anomalije koje se, kako se ispostavilo, ne mogu objasniti sa stajališta nijednog teorijskog modela. Ti su signali bili posebne valovite strukture koje su se rotirale u vremenu kao da je njihov početak na kraju praska, a kraj - u prvim trenucima praska.
Nekim fizičarima je takvo opažanje bilo dovoljno da zatraže dokaze o preokretu vremena. Prema drugom i, najvjerojatnije, realnijem objašnjenju, zrake emisije gama zraka na putu su se mogle sudariti s nekom materijom, koja je valove obdarila potpisom koji su znanstvenici prihvatili obrnuto. Sasvim je moguće da zrake pogode neku akumulaciju materije, koja je na njih djelovala poput reflektirajuće površine. Ipak, nije isključena mogućnost da govorimo o potpuno novom zakonu fizike, čiji su prvi primjer bili znanstvenici 2018. godine.
Duhovi izgubljenih svemira
U kolovozu ove godine britanski fizičar sa Sveučilišta u Oxfordu Roger Penrose dao je vrlo glasnu izjavu. On i njegov tim tvrde da je prije pojave našeg svemira, odnosno prije Velikog praska, postojao još jedan svemir. Ovaj zaključak potaknut je brojnim promatranim anomalijama svjetlosti u mikrovalnom pozadinskom zračenju, koje su, prema Penroseu, svjetlosne spirale preostale iz crnih rupa koje su pripadale prethodnom svemiru, a postojale su prije Velikog praska.
U jednoj od svojih teorija još poznatiji britanski fizičar Stephen Hawking sugerirao je da crne rupe, nakon što su izgubile većinu svojih čestica, nestanu. Te hipotetičke čestice nazivaju se gravitoni. Nemaju masu, električni ili drugi naboj, ali istovremeno imaju energiju i zato sudjeluju u gravitacijskoj interakciji.
Kad jedan svemir umre i pojavi se novi, ti gravitoni, prema Penroseu, postaju dio novog svemira. Znanstvenici i njegove kolege uvjereni su da su te preživjele "ostatke" pronašli u mikrovalnom pozadinskom zračenju. Otkrivene otkrivene svjetlosne anomalije nazvale su "bodovima Stephena Hawkinga". Ako se opažanja znanstvenika potvrde, suočit ćemo se s ozbiljnom revizijom teorije Velikog praska.
Nikolaj Khizhnyak