CRNE RUPE

PRVI DEO

DRUGI DEO

TREĆI DEO

ČETVRTI DEO

PETI DEO

ŠESTI DEO

DELOVI CRNE RUPE
Naučnici Karter, Hoking, Izrael i Robinson su zaključili da crna rupa mora biti jednostavna.

Horizont dogadjaja (event horizont)
To je granicna površina oko crne rupe. Izgleda kao sfera potpunog mraka iza koje se ništa ne može videti. To je lokacija gde je gravitacija užasno jaka da ništa ne može pobeći. Formiran je od svetlosti koja nije uspela da pobegne iz crne rupe i ostaje da lebdi na ivici. Liči na talasni front svetlosti. Dokazali su da u trenutku formiranja crne rupe, horizont može imati nepravilan oblik i snažno vibrirati. U deliću sekunde horizont ce ipak dobiti jedinstven, gladak oblik i biće sferan ako nema rotacije, a ako ima bice spljosten na polovima, gde stepen spljostenosti zavisi od brzine. Nakon kolapsa, obrazuje se jednosmeran horizont dogadjaja kroz koji bi cestice, zracenje itd. mogli upasti u zvezdu, ali nista iz nje se ne bi moglo emitovati (nalik semipermeabilnoj membrani). Na kraju bi se obrazovao prostorno-vremenski singularitet, ne na kriticnom radijusu, nego u sredistu zvezde. Ovaj fizicki fenomen bi nastavio da se odvija za posmatraca koji propada zajedno sa povrsinom kolapsirajuce zvezde, jer nikakva svetlost do spoljnog posmatraca ne bi dolazila.

Singularitet
Singualritet je predstavljen tackom. U toj tacki je beskonacan pritisak, gustina i zakrivljenost prostor-vremena. To je centar crne rupe. Do ovog zakljucka dosli su naucnici Rodzer Penrouz i Stiven Hoking, smatrajuci da ovde otkazuju svi zakoni fizike. Sam pojam singulariteta je nije precizno odredjen, odnosno jako je tezak za objasnjavanje, jer se ono pomalo kosi sa zdravim razumom. Matematicar Rodzer Penrouz je radio na matematici urusavanja materije pod jakom gravitacijom, koristeci pojedine teoreme iz topologije (topologija je grana matematike koja proucava i koristi razlicite oblike, njihove osobine i pretvaranje jednog u drugi). Openhajmer je zajedno sa Snajderom dao eksplicitno resenje Ajnstajnovih jednacina objasnjavajuci da se crna rupa formira od oblaka prasine u cijoj se unutrasnjosti nalazi singularitet, ali ga mi ne vidimo, jer se oko njega nalazi horizont dogadjaja koji je propustan samo u jednom smeru. "...Prica se da su Penrouzove zamisli nadahnule slikara Esera da naslika dve slavne zbunjujuce slike 'Vodopad' i 'Uzlazno stepeniste', u kojima se vide sasvim ubedljive strukture koje, medjutim, u stvarnom svetu nikako ne bi trebalo da budu moguce..."

Moze se postaviti analogija sa matematickim singularitetom. On se nalazi u tacki u kojoj se funkcija ne moze definisati. Npr, jednacina y=1/x ima singularitet za vrednost x=0, odnosno u tacki x=0 funkcija nije odredjena. Nema razumnog i racionalnog resenja. Ono ide u plus i minus beskonacnost, pa cak ako bi se funkcija definisala u beskraju, ne zna se kakva bi bila njena stopa promene. Ni vreme se u singularnosti se ne moze definisati. Zakrivljenost prostor-vremena zavisi od mase. Ako bi se kosmos nalazio u jako malim dimenzijama, zakrivljenost prostora bi bila ogromna, dok ako bi se nasao u jednoj tacki, singularitetu, gustina mase bi bila beskrajna, tako da se jednacine vremena i prostora vise ne bi mogle primeniti. Resavanjem Svarcsildovih jednacina dobijeno je da postoje dve singularnosti, jedna u proslosti i jedna u buducnosti. Singularitet Velikog Praska je P tipa (past) - iz njega je proistekla materija i nastao svet, a singularitet u crnim rupama je F tipa (future) - u njega materija vecinski bespovratno odlazi.

KARAKTERISTIKE CRNE RUPE

Masa, ugaoni momenat, naelektrisanje
Nakon formiranja crne rupe, tj. nakon kolapsa zvezde, ona se vrlo brzo smesti u stacionarno stanje, posto pri svakoj kretnji emisija gravitacionih talasa odnosi energiju. Za vreme kolapsa zvezde i nastajanja crne rupe, sva materija se krece jako brzo, tako da se i energija brzo odliva. Od preminule zvezde zadrzava se masa, ugaoni momenat i ukupno naelektrisanje. Moze se reci da masa "poremecuje" gravitaciono polje i time izaziva gravitacione talase, kao sto se elektromagnetni talasi mogu predstaviti periodicnim uzburkavanjima elektricnog polja. Ti "poremecuje" se odnose na geometriju prostor-vremena. Masa koja se nadje na putu gravitacionom talasu bice periodicno zbijena, pa rastegnuta silama plime, kako talas prolazi kroz nju, jer gravitaciono polje nije uniformno. Ovo zbijanje i rastezanje prenosi energiju od izvora gravitacionog talasa do tela koje je apsorbuje. Medjutim, jacina gravitacionih talasa je mala. Oni sami jos nisu detektovani na Zemlji, ali bi mogli mnogo reci o dogadjajima koji su npr. vezani za crne rupe. Postoji jak dokaz za postojanje ovakvih talasa. Npr, u dvojnim sistemima, ciji je jedan clan pulsar, period se smanjuje. Uzrok tome je to da sistem emituje gravitacione talase i tako gubi energiju.

Izrael je dosao do zaključka da ako je neutralna i ne rotira, crna rupa je jednostavan objekat koji se moze opisati samo jednim parametrom - svojom masom. One bi se mogle opisati posebnim oblikom Ajnstajnovih jednacina do kojih je dosao jos Svarcsild. To bi znacilo da nije bitno da li je rupa uvukla kilogram gvozdja i kilogram platine ili kilogram grozdja i jabuka, vec je bitno da je to masa od dva kilograma, jer se vrste materije ne mogu razlikovati. Rotirajuca crna rupa nastaje od rotirajuce zvezde. Uglavnom sve zvezde rotiraju, pa se pretpostavlja da su i vecina crnih rupa rotirajuce i odlikuju se masom i ugaonim momentom. Brzina rotiranja prilikom kolapsa se naglo povecava, sto znaci da crna rupa mnogo brze rotira od bivse zvezde. Moze se uspostaviti analogija sa klizacem na ledu. Dok se vrti sa rasirenim rukama ima manji ugaoni momenat tj. manju brzinu okretanja nego kad se vrti sa rukama uz telo.Takva crna rupa nije sfernog oblika, vec je malo spljostena na polovima (kao sto je i Zemlja spljostena zbog rotacije). Do ovakvih proracuna dosao je Roj Ker, fizicar sa Novog Zelanda. Kod rotirajucih crnih rupa takodje postoji Svarcsildov radijus, ali izvan njega se nalazi i tzv. stacionarna granica, koja obrazjuje polutarno ispupcenje oko crne rupe koje je uslovljeno centripetalnom silom. Objekat koji se nadje na stacionarnoj granici, ali izvan Svarcsildovog radijusa samo je delimicno zarobljen i ima sansi da se izbavi. Ako bi se objekat kretao u smeru rotiranja crne rupe, ona bi ispoljila teznju da ga zavitla poput kamena iz pracke davsi mu pritom vise energije nego sto je imao prilikom ulaska. Time se smanjuje ugaoni momenat crne rupe tj. ona usporava jer je deo ugaonog momenta presao na objekat. Kada bi se ugaoni momenat istrosio ostala bi samo masa. Tada se stacionarna granica poklapa sa Svarcsildovim radijusom.

Naelektrisanje materije u crnoj rupi je obicno nula, jer je zvezda uglavnom elektroneutralna. Odnosno, ako je upadnuta materija elektroneutralna crna rupa nece imati naelektrisanje i obrnuto. Ovakav slucaj je proucavan od strane naucnika Rajsnera i Nordstrema. Hoking je 1971. dosao do zakljucka da svaka rotirajuca crna rupa ima svoju osu simetrije. Iz svega toga sledi teorija "bez dlaka" ("no-hair" teorema), jer velicina i oblik crne rupe zavise samo od mase i brzine rotiranja, a ne od prirode tela. To bi znacilo da su sve informacije o kolapsirajucem telu izgubljene, ali i da crna rupa ipak nije sasvim crna. Medjutim, kvantnom gravitaciom se radi na tome da se detekcijom gravitacionih talasa ipak mozda dodje do nekakve informacije o preminuloj zvezdi i sazna sta se nalazi unutar crne rupe.

VRSTE CRNIH RUPA PREMA VELIČINI

Crne rupe sa masom ispod Candrasekarove granice
Moguce je i da postoje crne rupe sa masama znatno manjim od Sunceve. One ne bi mogle da nastanu usled gravitacionog kolapsa, zato sto im se mase nalaze ispod Candrasekarove granice, vec jedino ako im je materija sabijena do ogromnih gustina veoma velikim spoljnim pritiscima. Na primer, ovakvi uslovi mogu da nastanu u izuzetno velikoj vodonicnoj bombi. Dzon Viler je izracunao da ako bi se iz svih okeana na Zemlji uzela teska voda (jedinjenje teskog vodonikovog izotopa - deuterijuma i kiseonika. (D₂O)), mogla bi se napraviti vodonicna bomba koja bi u toj meri sabila materiju u sredistu da bi tu nastala crna rupa. Naravno, to je samo zamisao, jer niko ne bi ostao kao ocevidac.

Prakticna mogucnost na koju je 1971. godine ukazao Stiven Hoking jeste da je spoljna sila te velicine postojala u trenutku Velikog Praska i prilikom formiranja Vasione. Delovi materije su se medjusobno sudarali i mogli su biti podvrgnuti stravicnim temperaturama i pritiscima sa svih strana sto je moglo da uslovi da se masa sabije u nedogled. Vasiona nije bila ravnomerna i jednoobrazna, vec nejednake gustine sto je gotovo sigurno jer se u protivnom ne bi ni galaksije ni drugi objekti obrazovali. Zivotni vek crne rupe mase Sunca bi bio 1066 godina, dok bi praiskonske crne rupe zivele 10 milijardi godina, sto znaci da su nastale otprilike kad i Veliki Prasak. Te "praiskonske" crne rupe se mogu otkriti jedino njihovim uticajem na okolinu i ne zna se koliko ih ima. Pretpostavlja se da su retke. One su jako masivne tj. izgledaju kao da je masa planine sabijena u zapreminu manju od jednog milion milionitog dela centimetra, sto odgovara velicini jezgra atoma.

Prema Ajnstajnovoj teoriji relativnosti svako telo bilo koje mase (osim mase manje od 10^-5 g. Za to postoje slozeni teorijski razlozi), odnosno bilo koje gravitacije koje oko nje vlada, bi moglo postati crna rupa ako se njena masa sabije do Svarcsildovog radijusa. Sabijanjem mase rasla bi i gravitacija sve dok druga kosmicka brzina ne nadmasi brzinu svetlosti. Na primer, Zemlja bi postala crna rupa ako bi se smanjila otprilike do velicine bisera; Mont Everest bi morao da se sabije u velicinu atoma.

Galakticke i supergalakticke (supermasivne) crne rupe
Njutnovom teorijom gravitacije je lako izracunati elipticne putanje u sistemu dva tackasta tela. Medjutim, za tela velikih masa i dimenzija mora se koristiti Ajnstajnova teorija i slozen racun. Tela nece opisivati prave elipse, jer precesiraju tj. obrcu se tako da opisuju rozete. Dva tela postaju sve cvrsce vezana i sabijaju se na manju zapreminu. U prirodi postoje mnoga prostrana tela koja ce se spojiti u jedno, ako to ne ometu drugi procesi. Sto je broj clanova u sistemu veci to je proracun komplikovaniji. Obicna galaksija sadrzi oko hiljadu milijardi tela tako da je jako tesko predvideti njihovo ponasanje. To je sistem koga cini gusto centralno jezgro sastavljeno iz zvezda s manje gustim zvezdanim haloom oko sebe, odnosno manjim brojem zvezda razbazanim unaokolo. Vremenom ce se i ta konfiguraija menjati. Tela ce se sudarati, neka ce steci vecu brzinu, vecina ce ostati u galaksiji, dok ce neke postati deo haloa, a neke ce cak sudarima dostici toliku brzinu da ce napustiti galaksiju. Ostatak zvezda ce izgraditi veoma gusto centralno jezgro, koje ce se sabijati u sve manju zapreminu, stapace se u vece zvezde, i srasce u crnu rupu. Prilikom formiranja jedne ovakve supermasivne crne rupe, bliski sudari ce proizvesti neku vrstu vatrometa, tj. centar galaksije ce isijavati svetlost i druge oblike zracenja. Okolina centra galaksije ce liciti na kvazar, jer ce crna rupa gutati okolne zvezde svojom plimskom gravitacijom, a one ce zauzvrat emitovati energiju kao kvazari, spustajuci se u rupu. Ako se pretpostavi da galakticka crna rupa proguta samo 1% zvezda, a da 99% zvezda uspe da pobegne, crna rupa ce imati masu oko milijardu puta vecu od Sunceve i Svarcsildov radijus od oko 3 milijardi km (2-3 svetlosna casa).

Sirenjm svemira verovatno da ce neke galaksije ostati u skupini pod uticajem medjusobne gravitacije. Ako se uzme u obzir jato galaksija koje se sastoji od stotinu galaksija vremenom ce se svaka galaksija svesti na galakticku crnu rupu, a u dugom vremenskom periodu jato ce u celini evoluirati u jednu supergalakticku crnu rupu, ciji ce Svarcsildov radijus biti oko 300 milijardi km (jedna svetlosna nedelja). Za sve ove dogadjaje potrebno je vreme od milijardu milijardi do milijardu milijardi milijardi godina. Uopsteno govoreci, potrebno je oko 1027 godina za nastajanje galaktickih i supergalaktickih crnih rupa