ΤΟ BLOG
16/03/2019 14:06 EET | Updated 16/03/2019 14:06 EET

Στη γειτονιά μιας μαύρης τρύπας

«Ταξίδι» σ΄έναν σκοτεινό κόσμο...

PASIEKA via Getty Images

Γράφει η δρ. Αθηνά Μελή

Τι είναι μια μαύρη τρύπα;

Μια μελανή οπή ή μια μαύρη τρύπα (αγγλικά: black hole) είναι κατά τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας ένα θεωρητικό σημείο του χωρο-χρόνου όπου η δύναμη της βαρύτητας είναι τόσο μεγάλη που ούτε το φως μπορεί να ξεφύγει προς τα έξω. Με άλλα λόγια, γύρω από μια μαύρη τρύπα ο χώρος και ο χρόνος παραμορφώνονται όλο και εντονότερα λόγω της τεράστιας βαρύτητας από την τεράστια μάζα της, δηλαδή η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει τον χωροχρόνο κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα σωματίδια της ύλης ή της ακτινοβολίας να στρέφονται προς τη μάζα της μελανής οπής.

Να διευκρινίσω εδώ ότι ο όρος «μαύρη τρύπα», που επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο Τζον Γουίλερ, δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια, αλλά σε μια περιοχή του χώρου από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει, δεν αντανακλάται ούτε το φως ούτε άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και άρα είναι σε μας «αόρατη», δηλαδή, σκοτεινή, μαύρη.

Η σύλληψη της ιδέας, ότι μπορεί να υπάρχουν αντικείμενα των οποίων το βαρυτικό πεδίο να είναι τόσο ισχυρό ώστε ούτε το φως να μπορεί να αποδράσει επιτεύχθει τον 18ο αιώνα από στον Άγγλο αστρονόμο και κληρικό Τζον Μίτσελ (προτάθηκε για πρώτη φορά σε ένα δημοσίευμα που εκδόθηκε τον Νοέμβριο του 1784) και από το μεγάλο μαθηματικό, αστρονόμο και φιλόσοφο Πιερ-Σιμόν Λαπλάς. Από τότε οι μαύρες τρύπες αποτελούν αντικείμενο μαθηματικής και αστρονομικής περιέργειας και μελετήθηκαν από πολλούς: Καρλ Σβάρτσιλντ, Άλμπερτ Αϊνστάιν, Γιοχάνες Ντρόστε, ’Αρθουρ Εντικγτον, Ζωρζ Λεμαίτρ, Σουμπραμανιάν Τσαντρασεκάρ, κλπ.  

NASA NASA / Reuters

Πώς γεννιέται μια μαύρη τρύπα;

Μια μαύρη τρύπα λοιπόν, είναι το σημείο εκείνο στο αχανές διάστημα όπου κάποτε υπήρξε ο πυρήνας ενός γιγαντιαίου άστρου με υλικό μεγαλύτερο από 2,5 Ηλιακές μάζες (ηλιακή μάζα – μονάδα μέτρησης) και το οποίο, στην τελική φάση της εξέλιξής του, η βαρύτητα το εξανάγκασε να καταρρεύσει (αστρικός θάνατος) και να συμπιεστεί σε έναν πολύ, πολύ μικρό χώρο. Υποθετικά, φανταστείτε ότι αν μπορούσαμε να συμπτύξουμε τη Γη στο μέγεθος μιας ρώγας σταφυλιού, θα μπορούσε να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Η βαρύτητά της θα γινόταν τόσο υπερβολικά μεγάλη δηλαδή, που ούτε το φως ούτε οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θα μπορούσε να δραπετεύσει και άρα θα ήταν «αόρατη», μια σκοτεινή, μια μαύρη περιοχή στο χώρο. Υπολογίζεται ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να έχει διαστάσεις από το μέγεθος ενός ατόμου μέχρι μερικά χιλιόμετρα με αντίστοιχα, μάζα κάμποσων τρισεκατομμύριων τόνων έως τη μάζα πολλών εκατομμυρίων ή δισεκατομμυρίων ήλιων. 

QAI Publishing via Getty Images
Formation of a black hole, After a massive star (supernova) explodes, the remains of its core begin to contract, exerting a powerful gravitational force. At the surface of the star, light is still able to escape. Little by little, the rays are curved under the effect of constantly increasing gravity until they can no longer escape. The star finally collapses on itself, becoming a zero volume of infinitely dense matter; this is a black hole from which nothing, not even photons of light, escapes. It is therefore invisible.

Υπάρχουν τέσσερις τύποι μαύρων οπών: η αστρική, ενδιάμεση, υπερμεγέθης και η μινιατούρα. Όπως ανέφερα και παραπάνω, ο πιο γνωστός τρόπος που σχηματίζεται μια μαύρη τρύπα είναι μέσω του λεγόμενου αστρικού θανάτου. Τα μεγαλύτερα από τα αστρικά σώματα, δηλαδή αυτά με τουλάχιστον 10 έως 20 φορές τη μάζα του ήλιου μας, προορίζονται να γίνουν είτε υπερ-πυκνοί αστέρες νετρονίων ή εν τέλει μαύρες τρύπες. Στο τελικό στάδιο της ζωής τους τα πολύ μεγάλα αστέρια καταλήγουν σε μια τεράστια έκρηξη την λεγόμενη έκρηξη σουπερνόβα. Μια τέτοια έκρηξη εκτοξεύει το υλικό του αστέρα στο διάστημα αφήνοντας πίσω του γυμνό τον αστρικό του πυρήνα.

QAI Publishing via Getty Images
Supernova, A supergiant that collapses onto itself and explodes with such force that it releases more energy than millions of suns.

Ας θυμόμαστε εδώ, ό,τι κατά τη διάρκεια της ζωής του ένας αστέρας μέσω της πυρηνικής σύντηξης η οποία δημιουργούσε μια σταθερή προς τα έξω ώθηση, εξισορροπούσε την εσωτερική έλξη βαρύτητας από την ίδια τη μάζα του άστρου. Ωστόσο, στα αστρικά κατάλοιπα ενός σουπερνόβα (δηλαδή στον πυρήνα που απομένει μετά την έκρηξη) δεν υπάρχουν πλέον δυνάμεις ικανές να αντιταχθούν στη δύναμη της βαρύτητας, οπότε ο πυρήνας του αστέρα αρχίζει να καταρρέει προς τα μέσα. Εάν η μάζα του αστέρα καταρρεύσει σε μια πολύ πολύ μικρή περιοχή, τότε λέμε ότι γεννιέται μια μαύρη τρύπα. Δηλαδή, φανταστείτε πως «πακετάρεται» όλη αυτή η τεράστια μάζα (πολλές φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου μας) σε ένα μικροσκοπικό σημείο (μερικών χιλιομέτρων ή λιγότερο) και πως αυτό το γεγονός προσδίδει στο σώμα αυτό (τη μαύρη τρύπα) την «υπερκοσμική δύναμη» μιας τεράστιας βαρυτικής έλξης, που δεν αφήνει ούτε στο φως να δραπετεύσει από την επιφάνεια του...

alex-mit via Getty Images

Πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν;

Μια μαύρη τρύπα δεν είναι κάτι σπάνιο. Χιλιάδες από αυτές εικάζεται ότι “κρύβονται” αόρατες μέσα στον αχανή Γαλαξία μας (αγγλικά: Milky Way) και επιπλέον αποδεικνύεται ότι οι περισσότεροι, αν όχι όλοι οι γαλαξίες στο Σύμπαν, περιέχουν μαύρες τρύπες, ακόμα και στο κέντρο τους. Πιστεύεται ότι μια μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός γαλαξία καθώς και ο γαλαξίας ο ίδιος «συμβιώνουν» και θεωρείται ότι σχηματίστηκαν μαζί, όπως συνέβη και στον δικό μας Γαλαξία. 

Έχουμε δει απευθείας μαύρες τρύπες;

Ο Γαλαξίας μας έχει επίσης μια μαύρη τρύπα στο κέντρο του (την ραδιοπηγή Sagittarius A*) σε απόσταση 26 χιλιάδων ετών φωτός και πρόσφατα έγιναν σημαντικές παρατηρήσεις του άμεσου περιβάλλοντός της.

Η πλησιέστερη μαύρη τρύπα που γνωρίζουμε είναι η λεγόμενη V616 Monocerotis, επίσης γνωστή ως V616 Mon. Βρίσκεται περίπου 3.000 έτη φωτός μακριά, και το μέγεθός της κυμαίνεται μεταξύ 9-13 φορές τη μάζα του Ήλιου. Ας διευκρινίσω εδώ, ότι οι αστροφυσικοί δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε απευθείας μαύρες τρύπες, αλλά με τηλεσκόπια που ανιχνεύουν ακτίνες-x, ορατό φως ή άλλες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μπορούμε να συμπεράνουμε την παρουσία μαύρων οπών και να τις μελετήσουμε, εντοπίζοντας κίνηση/περιδίνηση θερμού υλικού, λόγω των τεράστιων ταχυτήτων γύρω από την περιοχή τους, ή την βαρυτική επίδρασή τους σε άλλα κοντινά σώματα, εξετάζοντας πχ. την κίνηση/τροχιά τους αν περνούν κοντά ή περιστρέφονται γύρω από μια μαύρη τρύπα.

Cappan via Getty Images

 Ποια είναι η διάρκεια ζωής μιας μαύρης τρύπας;

Φαινομενικά, μια μαύρη τρύπα υπολογίζεται ότι ζει ...για «πάντα», αν σκεφτούμε ότι αν μια μαύρη τρύπα μεγέθους 1 ηλιακής μάζας μόνο, εξατμιστεί μέσω της ακτινοβολίας Hawking, θα χρειαστεί πάνω από 10 εις την 64 χρόνια (!), ενώ μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα με μάζα 100 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών θα εξατμιστεί σε περίπου σε 2 × 10 εις την 100 χρόνια!

Οι μαύρες τρύπες κατά την διάρκεια της ζωής τους όλο και μεγαλώνουν, ρουφώντας σαν διαστημικές ηλεκτρικές σκούπες κοντινά σώματα, σκόνη, σωματίδια, και αέριο/πλάσμα. Πάντως μην φανταστείτε ότι οτιδήποτε έρθει κοντά σε μια μαύρη τρύπα θα εξαφανιστεί/ρουφηχτεί από την τερατώδη βαρυτική της έλξη. Υπάρχει και η “απόσταση ασφαλείας”, από τον λεγόμενο “ορίζοντα γεγονότων”, που επιτρέπει κάποιο αστρικό αντικείμενο να περιστρέφεται γύρω από μια τρύπα χωρίς να «τεντώνεται και να συμπυκνώνεται» σαν ένα τεράστιο μακαρόνι (όπως αναμένεται να γίνει σε οποιοδήποτε αντικείμενο πλησιάσει πολύ πιο κοντά σε μια μαύρη τρύπα). Πριν κλείσω, ενδιαφέρον είναι εδώ να αναφέρω ό,τι υπολογίζεται ότι αν μπορούσαμε να αντικαταστήσουμε τον Ήλιο μας με μια μαύρη τρύπα, τότε το πλανητικό μας σύστημα θα παρέμενε σχεδόν όπως είναι, αλλά φυσικά χωρίς φως να το ζεσταίνει. Θα ήταν ένας αλλιώτικος, ψυχρός κόσμος. Η ψυχρή σκοτεινή γειτονιά μιας μαύρης τρύπας...

Πηγές για περαιτέρω ενημέρωση

1. https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/

2. https://www.nasa.gov/

3. https://el.wikipedia.org/wiki/

(Μέρος του άρθρου δημοσιεύθηκε αρχικά στο περιοδικό Εναλλακτική δράση).