Οι Μαύρες τρύπες [α΄ μέρος] του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου - συγγραφέα

 

Οι Μαύρες τρύπες [α΄ μέρος]

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου - συγγραφέα

   Μαύρη τρύπα είναι μια συγκέντρωση μάζας σημαντικά μεγάλης ώστε η δύναμη της βαρύτητας να μην επιτρέπει σε οτιδήποτε να ξεφεύγει από αυτή. Το βαρυτικό της πεδίο είναι τόσο δυνατό, ώστε η ταχύτητα διαφυγής κοντά του ξεπερνά την ταχύτητα του φωτός!! Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας, γι' αυτό και ονομάστηκε «μαύρη». Ο όρος (black hole=μαύρη τρύπα) είναι διαδεδομένος και επινοήθηκε [1967] από τον Αμερικανό αστροφυσικό John Wheeler. Δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια (οπή), αλλά σε μια περιοχή του χώρου, από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει. Μία «μαύρη τρύπα» είναι το σημείο εκείνο όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερα υλικά από 3 ηλιακές μάζες και ο οποίος στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου έχασε τη μάχη ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα τα υλικά του να καταρρεύσουν συμπιεζόμενα περισσότερο ακόμα και από τα υλικά ενός αστέρα νετρονίων. Για να αντιληφθούμε καλύτερα την πυκνότητα μιας Μαύρης Τρύπας, ας φανταστούμε [κάτι το αδύνατον] ότι αν η Γη συμπιεζόταν ολόκληρη στο μέγεθος ενός κερασιού, ή ο Όλυμπος στο μέγεθος ενός ατόμου, θα είχαν μετατραπεί σε «μαύρες τρύπες»!

ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ: Οι μαύρες τρύπες προβλέπονται από τη λεγόμενη Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία προβλέπει ότι σχηματίζονται οποτεδήποτε συγκεντρώνεται σε ένα δεδομένο χώρο επαρκής ποσότητα μάζας, μέσω της διαδικασίας της βαρυτικής κατάρρευσης. Όσο η μάζα μέσα σε μία συγκεκριμένη περιοχή μεγαλώνει, η δύναμη της βαρύτητας γίνεται ισχυρότερη τόσο, ώστε ο χώρος γύρω της παραμορφώνεται όλο και εντονότερα. Όταν η ταχύτητα διαφυγής¹ σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το κέντρο φθάσει την ταχύτητα του φωτός, σχηματίζεται ο λεγόμενος ορίζοντας γεγονότων² μέσα στον οποίο ύλη και ενέργεια καταρρέουν σε ένα μοναδικό σημείο. Οι αστρονόμοι οδηγήθηκαν στην πρόβλεψη ότι ένας 3πλάσιας του Ηλίου μάζας αστέρας, στο τέλος της εξέλιξής του, σχεδόν σίγουρα θα συρρικνωθεί μέχρι το κρίσιμο εκείνο μέγεθος που χρειάζεται για να υποστεί βαρυτική κατάρρευση. Μόλις αρχίσει η κατάρρευση, δεν φαίνεται να μπορεί να διακοπεί από καμία φυσική δύναμη και σχηματίζεται αστέρας νετρονίων [μιλήσαμε σε προηγούμενο άρθρο]. Αν η μάζα του είναι ακόμα πιο μεγάλη, τελικά σχηματίζεται μαύρη τρύπα.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ-ΔΟΜΗ: Σύμφωνα με την κλασική γενική σχετικότητα, ούτε ύλη ούτε πληροφορίες μπορούν να κινηθούν από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας προς έναν εξωτερικό παρατηρητή. Έτσι, δεν μπορεί κάποιος να πάρει δείγμα του υλικού της ή να δεχτεί την ανάκλαση από μια φωτεινή πηγή ούτε να πάρει πληροφορίες για το υλικό από το οποίο αποτελείται η μαύρη τρύπα! Τα μόνα χαρακτηριστικά που διατηρεί στη “μνήμη” η μαύρη τρύπα είναι η μάζα και το φορτίο της απορροφημένης ύλης. Το καθοριστικό χαρακτηριστικό μιας μαύρης τρύπας είναι η εμφάνιση ενός ορίζοντα γεγονότων σε ένα όριο στο χωροχρόνο μέσα από το οποίο η ύλη και το φως μπορεί να περάσει μόνο προς το εσωτερικό της μαύρης τρύπας. Τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων. Αν κάτι συμβεί εντός των ορίων του ορίζοντα γεγονότων, οι πληροφορίες από αυτό το γεγονός δεν μπορούν να φτάσουν σε ένα εξωτερικό παρατηρητή, καθιστώντας αδύνατο να προσδιοριστεί αν κάτι τέτοιο συνέβη! Όπως προβλέπεται από τη θεωρία της Σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει το χωροχρόνο, κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα “μονοπάτια”, που αναγκαστικά “ακολουθούν” τα σωματίδια, “οδηγούν” προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν “οδοί” που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα. Αν η Μαύρη Τρύπα δεν περιστρέφεται, τότε γύρω της οριοθετείται ένας σφαιρικός ορίζοντας γεγονότων. Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Επειδή από αυτές δεν μπορεί να διαφύγει ούτε το φως, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν συνεπώς να εκπέμψουν κανενός είδους φως ή άλλο στοιχείο που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την ύπαρξή τους. Παρ' όλα αυτά οι μαύρες τρύπες ανιχνεύονται με την μελέτη φαινομένων γύρω τους, όπως για παράδειγμα η βαρυτική διάθλαση και τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από χώρο που δεν φαίνεται να υπάρχει εμφανής ύλη [προφανώς γύρω από Μαύρη Τρύπα]. Τα πιο εμφανή αποτελέσματα πιστεύεται ότι προέρχονται από ύλη που πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η οποία συγκεντρώνεται σε ένα υπέρθερμο και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο [προσαύξησης] γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτίνων Χ. Η ύπαρξη μαύρων τρυπών στο σύμπαν βεβαιώνεται από τις αστρονομικές παρατηρήσεις, τις μελέτες των σουπερνόβα και των ακτίνων Χ που εκπέμπουν οι γαλαξίες.

Θα συνεχίσουμε την ερχόμενη εβδομάδα με το τελευταίο μέρος του αφιερώματος.

konstantinosa.oikonomou@gmail.com

1. Ταχύτητα διαφυγής (escape velocity) χαρακτηρίζεται η ταχύτητα που υπερνικά την ενάντια δράση. Στην Αστρονομία, ως ταχύτητα διαφυγής χαρακτηρίζεται η ελάχιστη αρχική ταχύτητα που θα πρέπει να αναπτύξει ένα σώμα προκειμένου να υπερνικήσει τη βαρυτική έλξη που δέχεται αυτό στην επιφάνεια ενός ουρανίου σώματος. Για να διαφύγει από τη βαρύτητα ενός ουράνιου σώματος ένας πύραυλος, π.χ., πρέπει να έχει κινητική ενέργεια που να ξεπερνά τη δυναμική του ενέργεια μέσα στο βαρυτικό πεδίο του ουράνιου σώματος.

2. Ο Ορίζοντας των Γεγονότων είναι το σημείο στον χωροχρόνο εντός του οποίου τα γεγονότα δεν μπορούν να επηρεάσουν τον παρατηρητή, καθώς η βαρύτητα ισοδυναμεί με καμπύλωση του χωροχρόνου. Είναι το "σημείο χωρίς επιστροφή", δηλαδή το σημείο στο οποίο η βαρυτική έλξη γίνεται τόσο δυνατή, ώστε κάθε διαφυγή γίνεται αδύνατη.