O gaură neagră portabilă

Găurile negre sunt spații în care materia a devenit atât de densă încât ea a colapsat într-un singur punct. Acel punct este încă plin de materie și exercită o forță gravitațională asupra universului din jur. Găurile negre nu sunt ucigașii universului, așa cum sunt adesea văzute. Galaxia noastră, lafel ca majoritatea galaxiilor, se rotește în jurul unei găuri negre supermasive care nu face niciun rău nimănui. Ea menține Calea Lactee într-o continuă rotație în jurul ei și o împinge spre ea. O gaură neagră similară ar putea face acest lucru unei nave spațiale.

Bineînțeles, aceasta nu ar trebui să fie la fel de masivă ca cea din centrul Căii Lactee. De fapt, ar trebui să fie doar suficient de masivă încât să exercite o forță gravitațională ca a Pământului, lăsând deoparte masa Pământului. Construiește o ambarcațoine sferică în jurul ei – fără a fi nevoie de aerodinamică în spațiu – și simte-te așezat în mijlocul navei.

Nimeni nu ar trebui să se îngrijoreze de pericolul de colapsare al navei. Atât timp cât gaura neagră stabilită exercită doar o gravitație egală cu cea a Pământului la distanța la care este față de navă, construcțiile din jurul ei ar trebui proiectate la gravitația normală a Pământului – la fel cum este construită orice clădire pe Pământ. În plus, noi ar trebui să găsim o cale prin care să ținem gaura neagră unde vrem și să o putem muta dacă dorim acest lucru.
Gaura neagră reușește să rezolve problema spațiului, dar întâmpină altă problemă – cea a masei. Deși o gaură neagră centrală ar fi ideală pentru stații spațiale, ea nu ar fi potrivită pentru navele spațiale. O navă spațială care ar călători în apropierea găurii negre ar trebui să tragă după ea masa găurii negre. În acest mod nu se poate explora spațiul.

Anunțuri

Observarea quasarilor

Primii quasari au fost observaţi prin telescoape radio la sfârşitul anilor 1950. Atunci, au fost consideraţi surse de unde radio, dar fără corespondent în lumina vizibilă. Până în anii 1960, fuseseră descoperite sute de asemenea obiecte. În 1960, astronomii au reuşit să asocieze undele radio provenite de la 3C 48 cu un obiect ce putea fi observat şi la lumina vizibila. Ei au putut vedea un punct ce părea să fie o stea albastră foarte puţin strălucitoare şi i-au putut obţine spectrul. Aceştia au considerat că este o anomalie, acesta având linii de emisie necunoscute. Mai târziu, în 1962, un alt quasar a putut fi analizat – 3C 273. Spectrul acestuia arăta aceleaşi linii de emisie ciudate. Astronomul Maarten Schmidt a realizat atunci că acele linii nu erau altceva decât linii spectrale deplasate foarte mult spre roşu. De fapt, 3C 273, de îndepărta de noi cu o viteză  de 47,000 km/s.

În 1964   astrofizicianul Hong-Yee Chiu a dat numele de quasar, în încercarea sa de a abrevia numele de „sursă radio cvasi-stelară”, cum erau cunoscute aceste obiecte cosmice în acel timp.

În 1979 a foat descoperit primul quasar dublu –  Q0957+561, şi odată cu acesta a fost demonstrat efectul de lentile gravitaţionale, prezis de teoria relativităţii generale a lui Albert Einstein. Conform acestuia, între două surse aflate la distanţe mari (de exemplu, o galaxie îndepărtată şi Pământul), materia este distribuită într-un mod în care poate să curbeze lumina provenită de la sursă (galaxia), în timp ce ajunge la observator (Pământul).

În 1980, s-a constatat că, luminozitatea enormă a quasarilor este datorată discurilor de acreaţie ale găurilor negre centrale supermasive. Această producere de energie se termină odată ce gaura neagră supermasivă consumă tot gazul şi praful de lână ea. Astfel, putem înţelege de ce quasarii sunt obiecte foarte comune universului timpuriu. Acest lucru sugerează că, majoritatea galaxiilor, printre care şi Calea Lactee, au trecut cândva printr-o perioadă când au fost active. În favoarea acestei teorii vin observaţiile care arată că în galaxiile asemănătoare Căii Lactee nu există suficientă materie centrală pentru a putea „hrăni” gaura neagră supermasivă pentru ca aceasta să poată produce radiaţie.

 

 

 

 

Caracteristicile quasarilor

Până acum, au fost descoperiţi peste 200 000 de quasari, aflaţi la distanţe cuprinse între 600 milioane şi 28 miliarde ani-lumină de Pământ, dar cei mai mulţi sunt situaţi la distanţe mai mari de 3 miliarde de ani-lumină.  Cel mai strălucitor quasar ce se poate vedea de pe Pământ este  3C 273, cu o magnitudine absolută de −26.7 . Acesta apare pe cerul nopţii în constelaţia Virgo. Având o magnitudine aparentă de 12.8, se poate vedea prin telescopul unui astronom amator. Dacă ar fi situat la numai 33 de ani-lumină de Pământ, acest obiect cosmic ar apărea pe cer lafel de strălucitor ca şi Soarele.  Un quasar mai strălucitor a fost descoperit în 1998 –  APM 08279+5255, cu o magnitudine absolută de -32.2.

 

În urma studiilor, s-a demonstrat că aceste obiecte cosmice erau mult mai comune la începutul universului. Quasarii arată că găurile negre supermasive cresc rapid, odată cu masele stelelor din galaxia gazdă, într-un fel neînţeles până acum de către oamenii de ştiinţă. O presupunere ar fi accea că jeturile, radiaţia şi vânturile produse de quasari ar opri formarea de stele noi în galaxia gazdă. În plus, radiaţia radio puternică emisă de quasari ar împiedica roiurile globulare ale galaxiilor să se răcească şi să „cadă” peste galaxia centrală.

Luminozitatea quasarilor variază în timp – într-o lună, o săptămână, o zi sau chiar în câteva ore. Acest lucru dovedeşte că aceste obiecte generează şi emit energie dintr-o regiune foarte mică. Astfel, având în vedere puternica energie a quasarilor, se poate afirma că sursa de putere a lor este mult mai eficientă decât fuziunea nucleară din interiorul stelelor. Energia gravitaţională eliberată la căderea uui obiect într-o gaură neagră este singurul proces cunoscut ce poate produce o asemenea energie.

În general, un quasar are o luminozitate de 10⁴⁰ W. Pentru ca acest lucru să se întâmple, o gaură neagră supermasivă trebuie să consume, anual, materialul provenit de la 10 stele. Dar, cei mai luminoşi quasari cunoscuţi consumă materialul echivalent a 1 000 de stele cu masa Soarelui. Cel mai mare quasar consumă materie echivalentă cu a 600 de planete de mărimea Pământului într-un minut. Atunci când aceste corpuri cosmice nu mai pot sau nu mai au cu ce să se „hrănească” la rate atât de mari ca cele prezentate mai sus, ele devin inactive, iar când termină de acreat gazul şi praful din împrejurimi, se transformă într-o galaxie obişnuită.

Studiind quasarii, s-a observat existenţa unor elemente mai grele decât heliul. Acest lucru indică faptul că în galaxiile  de la începutul Bing Bangului  s-au format stele, mai exact stele numite de populaţia III – cele mai fierbinţi şi masive stele cu o masă de la 100 până la 1 000 de ori mai mare decât a Soarelui. Lumina acestora nu a ajuns până acum până la noi.

 

Tipuri de galaxii

Roţi enorme, globuri sau nori de materie. Galaxii. În Univers, galaxiile sunt extrem de diferite – cea mai mică poate conţine câteva miliarde de stele, iar cea mai mare, în jur de un milion de milioane. Unele au doar câteva mii de ani-lumină în diametru, în timp ce altele sunt de câteva mii de ori mai mari. Există galaxii care conţin numai stele bătrâne roşii sau  galbene şi galaxii pline de stele tinere albastre, able şi sori strălucitori. Toate aceste caracteristici indică istoria şi evoluţia galaxiilor.

Galaxiile pot fi clasificate în mai multe feluri. După formă, sunt galaxii spirale, eliptice, lenticulare  şi neregulate.

Dintre toate galaxiile Universului apropiat, 25-30% sunt galaxii spirale. Fiecare dintre ele conţine un disc aplatizat de materie bogată în praf şi gaz, ce orbitează în jurul unui nucleu sferic, format din stele bătrâne, roşii sau galbene, deseori în formă de bară. Deşi stelele se află peste tot în interiorul discului, cele mai strălucitoare – roiurile de stele tinere, sunt situate numai în braţele spirale. Privit de pe Pământ, spaţiul dintre aceste braţe pare gol. De fapt, el este plin de stele. Deasupra şi dedesubtul discului există un „halou”, unde se găsesc roiurile globulare.

Galaxiile spirale se rotesc încet, de obicei o dată la câteva sute de milioane de ani, dar nu se comportă ca un obiect solid. Stelelor ce orbitează mai departe le trebuie mai mult timp să-şi completeze orbita decât celor care sunt aproape de nucleu. De asemenea, stelele din interiorul discului urmează orbite eliptice, într-un singur plan, în timp ce stelele din centru au orbite extrem de neregulate, cu diverse înclinaţii.

Galaxiile eliptice arată ca o strucută simplă, în formă de minge şi pot avea diferite dimensiuni. La un capăt,  elipticele pitice sunt roiuri relativ mici de milioane de stele care par slabe şi difuze. Unele galaxii sunt împrăştiate în spaţiu între galaxii mai mari şi conţin, probabil, misterioasa materie invizibilă numită „materie neagră„. La celălalt capăt, se află elipticele gigante, care se găsesc numai în vecinătatea centrului marilor roiuri galactice şi conţin sute de miliarde de stele. Unele eliptice gigante, numite galaxii cD, au o anvelopă exterioară de stele şi concentraţii multiple de stele în centru. Acest fapt sugerează formarea lor prin contopirea unor eliptice mai mici.

Majoritatea stelelor din eliptice sunt sunt galbene ţi roşii. Gazul şi praful din care se formează stele este rar, ceea ce indică faptul că formarea stelelor din aceste galaxii a încetat de  mult. Fiecare stea orbitează nucleul dens al galaxiei pe propria ei cale. Şansele unei posibile coloziuni sunt slabe, deoarece stelele sunt mici în comparaţie cu distanţa dintre ele.

Asemenea elipticelor, galaxiile  lenticulare au un nucleu  aproape sferic,  format din stele bătrâne roşii şi galbene. Dar, spre deosebire de acestea, lenticularele au un disc de stele şi gaz în jurul nucleului. Deşi seamănă ca formă şi dimensiune cu galaxiile spirale, acest tip de galaxie are o formă de „lentilă” şi un nucleu mai mare decât al spiralelor. Mai mult, galaxiile lenticulare nu au braţe spirale.

Fiind foarte similare cu celelalte două tipuri de galaxii, lenticularele sunt greu de deosebit de acestea. Nici formarea lor nu este clară,dar este posibil să fie galaxii spirale, care şi-au pierdut mare parte din praf şi gaz.

Unele galaxii nu sunt nici spirale, eliptice sau lenticulare. Sunt galaxii neregulate. Unele sunt clasificate   sub numele de „ciudate” sau „Pec”. Acestea se află în coliziune cu alte galaxii sau gravitaţia galaxiilor vecine le strică structura. Dar cele mai multe galaxii neregulate sunt de tip Irr – prezintă în interiorul lor activitate intensă de formare a stelelor, conţinând mult gaz, praf şi stele albastre, fierbinţi.

Există câteva galaxii neregulate care par să aibă o structură – o bară centrală sau un început de braţ. Cei mai strălucitori companioni ai galaxiei noastre, Norul Mare şi Norul Mic al lui Magellan, sunt galaxii neregulate tipice.

Toate tipurile de galaxii au o zonă întunecată în nucleu, diferită de zonele exterioare. Stelele din vecinătatea acestor nuclee galactice au orbite rapide, ceea ce sugerează  existenţa unei concentraţii enorme de masă în volumul  redus al lor. Singurul obiect care poate atinge o asemenea densitate este o gaură neagră.

Î

n ciuda atracţiei gravitaţionale enorme a acestei găuri negre supermasive, materia şi-a stabilit de multă vreme orbite stabile în jurul ei în majoritatea galaxiilor. Fără materie de absorbit, gaura neagră rămâne inactivă. Când un nor de gaz sau un obiect ajunge prea aproape, gaura neagră se poate trezi totuşi, atrăgând materia hoinară, încălzind-o şi producând radiaţie. Poate produce orice tip de radiaţie, de la unde radio de mică putere la raze X, de mare putere. În cazurile extreme, radiaţia din nucleu este singura caracteristică dominantă a unei galaxii, numită „galaxie activă”.

Relativitatea generală

Aceasta este teoria lui Einstein conform căreia masa distorsionează Spaţiul-timp.  Spaţiul-timp din jurul unei stele, de exemplu Soarele, este curbat de masa acestuia, creând un „puţ gravitaţional„.

După ce o stea işi epuizează combustibilul, se transformă, în funcţie de dimensiunile ei, într-o pitică albă, o stea neutronică sau o gaură neagră.

Pitica albă este o stea foarte densă, de mărimea unei planete, care produce o adâncitură mai mare în Spaţiu-timp decât Soarele.

Steaua  neutronică este o stea extrem de densă, care produce o adâncitură foarte mare în Spaţiu-timp. Aceasta deviază lumina care trece pe langă ea, dar nu o poate absorbi.

Într-o gaură neagră, toată masa este concentrată într-un punct infinit de dens din centrul ei, numit singularitate. Acest punct produce o distorsiune infinită a Spaţiului-timp, adică un puţ gravitaţional fără fund. Orice lumină care trece de limita de lângă intrarea în acest puţ, numită „orizont de eveniment”, nu se mai întoarce.

Găuri Negre

O gaură neagră este o regiune sferică din Spaţiu care conţine, în centru, materie comprimată într-un punct cu densitate infinită, numit singularitate. În interiorul acestei regiuni din jurul singularităţii, atracţia gravitaţională este atât de mare, încât nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.

Cum determinăm o gaură neagră?

Trebuie să observăm un disc de gaz şi praf care se roteşte în jurul găurii, aruncând jeturi fierbinţi de materie cu viteză foarte mare sau emiţând radiaţii (raze X) când materia care în gaură.

Există două tipuri principale de găuri negre :

supermasive – cu o masă echivalentă cu masele adunate a miliarde de sori. Se află în centrele celor mai multe galaxii. Deşi nu se ştie sigur, ar putea fi un produs secundar al procesului de formare al galaxiilor.

secundare – se formează din resturile stelelor supergigante colapsate în urma unei supernove şi ar putea fi răspândite în toate galaxiile.

În imagine, vedem cu ajutorul lui Hubble, centrul galaxiei NGC 4438 unde o bulă de gaz fierbinte enormă se ridică dintr-un disc de praf, care se roteşte în jurul găurii negre supermasive din centru.