Przyjazna czarna otchłań

Supermasywnym czarnym dziurom znajdującym się w centrach galaktyk zawdzięczamy istnienie. Być może tkwimy w jednej z nich.

Przestrzeń kosmiczna wciąż ma przed ludzkością mnóstwo tajemnic (fot. F. Paresce/PAP/EPA)

Katarzyna Burda 19 kwietnia 2012 18:05

W centrum Drogi Mlecznej kryje się niezwykły gigant. Ma masę prawie trzech milionów mas Słońca i jest zupełnie niewidzialny. Naukowcy odkryli go, obserwując olbrzymie skupisko gwiazd w gwiazdozbiorze Strzelca, które wirują z zawrotną prędkością dookoła pustego - jak początkowo sądzono - miejsca. Szybko się okazało, że wcale nie jest puste. Przeciwnie, znajduje się w nim materia upakowana do niewyobrażalnej gęstości. Ten niezwykły gigant to oczywiście czarna dziura. Supermasywna czarna dziura. Astrofizycy ochrzcili ją mianem Sagittarius A*, od łacińskiej nazwy gwiazdozbioru Strzelca.

Była pierwszą zaobserwowaną przez astronomów 30 lat temu czarną dziurą z klasy supermasywnych, czyli przekraczających masę Słońca miliony razy.Następne obserwacje dowiodły, że gigantyczne czarne dziury kryją się w centrach niemal wszystkich galaktyk. Część uczonych uznała, że powstały w wyniku Wielkiego Wybuchu i trwają niezmienne od chwili narodzin wszechświata, przyciągają do siebie kolejne gwiazdy i je pochłaniają. Najnowsze obserwacje dowodzą jednak, że wielkie czarne dziury nie są aż tak stare, jak sądzono, a co więcej, to ich obecność sprawia, że wszechświat się rozwija i rodzą się w nim wciąż nowe gwiazdy i galaktyki. Być może powstają one również we wnętrzu czarnych dziur, gdzie, jak twierdzą niektórzy naukowcy, kryją się inne nieznane nam światy.

Dziura w rozmiarze M 
We wszechświecie zaobserwowano dwa typy czarnych dziur. Pierwsze z nich to właśnie tajemnicze supermasywne olbrzymy, które kryją się wyłącznie w centrach galaktyk. Drugie to niewielkie czarne dziury, których pełno jest we wszechświecie i w naszej Drodze Mlecznej. O nich wiemy już całkiem sporo. Są końcowym etapem życia dużych gwiazd, stąd ich nazwa: gwiazdowe czarne dziury. Powstają podczas końcowego etapu życia dużej gwiazdy, kiedy w jej wnętrzu wygasają reakcje termojądrowe. Wtedy materia budująca gwiazdę zaczyna się ścieśniać do niewyobrażalnej gęstości, a na koniec znika za tak zwanym horyzontem zdarzeń, czyli punktem, zza którego grawitacja nie pozwala się wydostać nawet światłu. Tak powstaje gwiazdowa czarna dziura o masie zaledwie kilku lub kilkunastu mas Słońca.

Do obalenia teorii o odwiecznym istnieniu supermasywnych czarnych dziur przyczyniło się odkrycie w 2009 roku dziwnego obiektu w galaktyce ESO 243-49, który oznaczono symbolem HLX-1. Uczeni z Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements we Francji uznali go za czarną dziurę, ale nie potrafili zakwalifikować do żadnej z dwóch znanych klas czarnych dziur. HLX-1 ma masę około 20 tys. Słońc, jest więc zdecydowanie mniejsza od gigantów kryjących się w jądrach galaktyk, a jednocześnie znacznie większa od gwiazdowych czarnych dziur.

Badacze wyśledzili ją dzięki temu, że znajduje się w tak zwanym układzie podwójnym ze zwykłą gwiazdą, z której zasysa materię. Materia połykana przez czarną HLX-1 emituje bardzo silne impulsy promieniowania rentgenowskiego; zaobserwowano je z Ziemi przy użyciu teleskopów. Takie same rozbłyski promieniowania pochodzą zarówno z gwiazdowych czarnych dziur, kradnących materię z okolicznych gwiazd, jak i z supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, które wchłaniają całe gwiazdy.

Naukowcy doszli więc do wniosku, że HLX-1 musi być tworem pośrednim między dziurami gwiazdowymi a supermasywnymi. Tylko w jaki sposób HLX-1 tak urosła, że ma masę około 20 tys. Słońc, czyli kilka tysięcy razy większą niż zwykłe? Jak uważają odkrywcy, stało się tak dzięki połączeniu wielu małych czarnych dziur podczas zderzenia dwóch galaktyk i przenikania się ich materii. Wtedy niewielka czarna dziura mogła pochłonąć tyle materii, że w krótkim czasie urosła kilkaset razy. W podobny sposób powstały prawdopodobnie inne supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk.

Już Albert Einstein przewidywał, że czarne dziury mogą być rodzajem tuneli czasoprzestrzennych, do których materia z jednej strony wpada, a z drugiej z nich wypada. Ten drugi kraniec tunelu nazwał białą dziurą, a sam tunel zyskał nazwę mostu Einsteina-Rosena lub wormhole (z ang. dziura wydrążona przez robaka). Dr Popławski uważa, że czarne dziury są rzeczywiście takimi mostami, z tym że łączą nie dwa odległe miejsca w naszej rzeczywistości, ale dwa różne wszechświaty. Jego zdaniem my również żyjemy w czarnej dziurze, której wlot znajduje się w innym wszechświecie. Niezwykle gęsta materia zebrana po tamtej stronie czarnej dziury niejako przelała się do naszego wszechświata, rozszerzając się gwałtownie i przybierając postać Wielkiego Wybuchu. To, co uważamy za Wielki Wybuch, było w rzeczywistości niczym innym, jak utworzeniem się mostu Einsteina-Rosena między dwoma wszechświatami.

Nieco inną teorię na temat powstania masywnych czarnych dziur przedstawił rosyjski uczony prof. Wiaczesław Dokuczajew z Instytutu Badań Nuklearnych Rosyjskiej Akademii Nauk. Możliwe, że czarne dziury same w sobie kryją gwiazdy i planety, na których może nawet istnieć życie - wynika z opublikowanej przez uczonego w marcu w serwisie arXiv.org pracy „Życie wewnątrz czarnych dziur”.

Oczywiście nikt, łącznie z prof. Dokuczajewem, nie ma pojęcia, co się dzieje we wnętrzu czarnej dziury, za horyzontem zdarzeń, spoza którego nic się nie może wydostać. Dotychczas fizycy byli przekonani, że przejście za ten horyzont oznacza całkowitą destrukcję, bo we wnętrzu czarnej dziury panują gigantyczne siły grawitacyjne, które ściskają jak kleszcze całą materię, aż skupia się ona w punkcie o nieskończonej gęstości, nazwanym przez Einsteina osobliwością. - Każda cząsteczka, która wpada za horyzont zdarzeń, podlega tak gigantycznym siłom, że wszelkie wiązania cząsteczkowe i atomowe zostają rozerwane, a materia rozpada się na cząstki elementarne, które potem znikają w osobliwości - mówi astronom Jerzy Rafalski z Planetarium im. Władysława Dziewulskiego w Toruniu.

---