Postoji nekoliko načina za stvaranje crne rupe, od kolapsa jezgre supernove do spajanja neutronskih zvijezda s kolapsom ogromne količine materije. Ako uzmemo donju granicu, crne rupe mogu imati 2,5 do 3 solarne mase, ali na gornjoj granici supermasivne crne rupe mogu premašiti 10 milijardi solarnih masa. Obično se nalaze u središtima galaksija. Koliko su stabilni? Koja će se crna rupa prvo osušiti: velika i proždrljiva ili mala?
Postoji li kritična veličina za stabilnost crne rupe? Crna rupa teška 1012 kilograma može biti stabilna nekoliko milijardi godina. Ali crna rupa u rasponu mase 105 može eksplodirati u sekundi i definitivno neće biti stabilna. Gdje je zlatna sredina, pri kojoj će protok materije biti jednak Hawkingovom zračenju?
Stabilnost crnih rupa
Prvo s čime treba započeti je stabilnost same crne rupe. Bilo koji drugi objekt u Svemiru, astrofizički ili na neki drugi način, ima sile koje ga drže nasuprot Svemiru koji ga pokušava razbiti. Atom vodika je snažna struktura; jedan ultraljubičasti foton može ga uništiti ioniziranjem elektrona. Da biste uništili atomsku jezgru, potrebna vam je čestica više energije poput kozmičke zrake, ubrzanog protona ili fotona gama zraka.
Ali za velike strukture poput planeta, zvijezda ili čak galaksija, gravitacijske sile koje ih drže su ogromne. U pravilu, za pucanje takve megastrukture potrebna je ili termonuklearna reakcija ili nevjerojatno jak utjecaj gravitacije izvana - na primjer, zvijezde koja prolazi, crne rupe ili galaksije.
Međutim, u slučaju crnih rupa to nije slučaj. Masa crne rupe, umjesto da se rasporedi po volumenu, skuplja se u singularnost. U crnoj rupi koja se ne okreće, ovo je jedna točka s nultom dimenzijom. Vrteća crna rupa nije puno bolja: beskrajno tanak, jednodimenzionalni prsten.
Promotivni video:
Uz to, sav sadržaj masene energije crne rupe nalazi se unutar horizonta događaja. Crne rupe su jedini objekti u Svemiru koji imaju horizont događaja: granicu preko koje se nije moguće vratiti. Nijedno ubrzanje, a time ni sila, ne može povući materiju, masu ili energiju s horizonta događaja izvan njezinih granica.
To bi moglo značiti da crne rupe, nastale na bilo koji mogući način, mogu samo rasti i nikada neće biti uništene. I rastu, neumoljivo i bez prestanka. U svemiru promatramo sve vrste pojava, kao što su:
- kvazari;
- blazari;
- aktivne galaktičke jezgre;
- mikrokvazari;
- zvijezde koje ne emitiraju svjetlost;
- RTG i radio rafali iz galaktičkih centara;
koje nas vode do crnih rupa. Utvrđivanjem njihovih masa, pokušavamo saznati fizičku veličinu njihovih horizonata događaja. Sve što se sudari s njim, prijeđe ga ili čak dodirne, neizbježno će pasti prema unutra. A onda će se, zahvaljujući očuvanju energije, povećati i masa crne rupe.
Taj se postupak događa sa svakom nama poznatom crnom rupom. Tamo se šalju materijali drugih zvijezda, kozmička prašina, međuzvjezdana tvar, plinski oblaci, čak i zračenje i neutrini preostali od Velikog praska. Bilo koja materija koja se sudari s crnom rupom povećava svoju masu. Rast crnih rupa ovisi o gustoći materije i energije koja okružuje crnu rupu; čudovište u središtu našeg Mliječnog puta raste brzinom od 1 solarne mase svakih 3000 godina; crna rupa u središtu galaksije Sombrero raste brzinom od 1 solarne mase u 20 godina.
Što je vaša crna rupa veća i teža, u prosjeku to brže raste, ovisno o materijalu s kojim se susreće. Njegova se stopa rasta s vremenom usporava, ali budući da je svemir star samo oko 13,8 milijardi godina, crne rupe lijepo rastu.
S druge strane, crne rupe ne rastu samo s vremenom; postoji i postupak njihovog isparavanja: Hawkingova zračenja. To je zbog činjenice da je prostor jako zakrivljen u blizini horizonta događaja, ali se ispravlja s daljinom. Ako ste na velikoj udaljenosti, možete vidjeti malu količinu zračenja emitiranu iz zakrivljenog područja u blizini horizonta događaja, zbog činjenice da kvantni vakuum ima različita svojstva u različitim zakrivljenim područjima prostora.
Krajnji je rezultat da crne rupe emitiraju toplinsko zračenje iz crnog tijela (uglavnom u obliku fotona) u svim smjerovima oko sebe, u volumenu prostora koji u osnovi zatvara desetak Schwarzschildovih radijusa na mjestu crne rupe. I može se činiti čudnim, ali što je crna rupa manja, to brže isparava.
Hawkingovo zračenje nevjerojatno je spor proces u kojem će crna rupa s masom našeg Sunca ispariti nakon 10 (do snage 64) godine; rupa u središtu našeg Mliječnog puta - za 10 (do snage 87) godina, a najmasovnija u Svemiru - za 10 (do snage 100) godina. Da biste izračunali vrijeme isparavanja crne rupe pomoću jednostavne formule, trebate uzeti vremenski okvir našeg Sunca i pomnožiti s (masa crne rupe / masa Sunca).
iz čega proizlazi da će crna rupa s masom Zemlje živjeti 10 (do snage 47) godina; crna rupa s masom Velike piramide u Gizi (6 milijuna tona) - oko tisuću godina; s masom Empire State Buildinga - oko mjesec dana; s masom obične osobe - pikosekunde. Što je manja masa, crna rupa brže isparava.
Koliko nam je poznato, svemir bi mogao sadržavati crne rupe nezamislivo različitih veličina. Da je bila ispunjena svijetlim crnim rupama - do milijardu tona - sve bi do danas isparile Nema dokaza da postoje crne rupe s masom između ovih pluća i onih koje su rođene u procesu spajanja neutronskih zvijezda - u teoriji, oni imaju masu od 2,5 Sunca. Iznad ovih granica, rentgenske studije ukazuju na postojanje crnih rupa u rasponu sunčevih masa od 10-20; LIGO je pokazao crnu rupu između 8 i 62 Sunčeve mase; također pronaći supermasivne crne rupe po cijelom svemiru.
Danas sve postojeće crne rupe dobivaju materiju brže nego što je gube zbog Hawkingova zračenja. Crna rupa sa solarnom masom svake sekunde gubi oko 10 (do -28 snage) J energije. Ali ako to uzmete u obzir:
- čak i jedan CMB foton ima milijun puta više energije;
- 411 od ovih fotona po kubnom centimetru prostora ostalo je nakon Velikog praska;
- kreću se brzinom svjetlosti, sudarajući se 10 bilijuna puta u sekundi na svaki kubični centimetar;
čak će i izolirana crna rupa duboko u međugalaktičkom prostoru pričekati dok svemir ne sazrije do 10 (do snage 20) godina - milijardu puta više od svoje trenutne starosti - prije nego što stopa rasta crne rupe padne ispod stope Hawkingova zračenja.
Ali hajde da se igramo. Pretpostavimo da živite u međugalaktičkom svemiru, daleko od uobičajene materije i tamne tvari, daleko od svih kozmičkih zraka, zvjezdanih zračenja i neutrina, a imate samo fotone iz Velikog praska s kojima možete čavrljati. Kolika treba biti vaša crna rupa da bi se brzina isparavanja (Hawkingova zračenja) i apsorpcija fotona u vašoj crnoj rupi (rast) uravnotežila?
Odgovor se dobiva u području od 10 (do snage 23) kg, odnosno približno s masom planeta Merkura. Da je Merkur crna rupa, bio bi promjera pola milimetra i zračio bi oko 100 bilijuna puta brže od crne rupe solarne mase. S ovom masom u našem svemiru crna rupa bi upila onoliko mikrovalnog zračenja koliko je izgubila u procesu Hawkingova zračenja.
Ali ako želite realnu crnu rupu, ne možete je izolirati od preostale materije u svemiru. Crne rupe, čak i kada su izbačene iz galaksija, i dalje lete kroz međugalaktički medij, sudarajući se s kozmičkim zrakama, zvijezdama, neutrinama, tamnom materijom i svim vrstama čestica, masivnih i bez mase. Kozmička mikrovalna pozadina nezaobilazna je kamo god krenuli. Crne rupe neprestano upijaju materiju i energiju i rastu u masi i veličini. Da, oni također emitiraju energiju, ali da bi se sve crne rupe u našem Svemiru počele trošiti brže nego što rastu, trebat će oko 100 kvintiliona godina.
A konačno isparavanje potrajat će još više.
Ilja Khel
