Obstaja več načinov ustvarjanja črne luknje, od propada jedra supernove do združitve nevtronskih zvezd s propadom ogromne količine snovi. Če vzamemo spodnjo mejo, imajo lahko črne luknje 2,5 - 3 sončne mase, na zgornji meji pa lahko supermasivne črne luknje presežejo 10 milijard sončnih mas. Običajno jih najdemo v središčih galaksij. Kako stabilni so? Katera črna luknja se bo najprej posušila: velika in požrešna ali majhna?
Ali obstaja kritična velikost za stabilnost črne luknje? Črna luknja, težka 1012 kilogramov, je lahko stabilna več milijard let. Toda črna luknja v masnem območju 105 lahko eksplodira v sekundi in zagotovo ne bo stabilna. Kje je zlata sredina, pri kateri bo dotok snovi enak Hawkingovemu sevanju?
Stabilnost črnih lukenj
Najprej je treba začeti s stabilnostjo same črne luknje. Vsak drug predmet v vesolju, astrofizičen ali drugačen, ima sile, ki ga držijo proti vesolju, ki ga poskuša raztrgati. Vodikov atom je močne strukture; en ultravijolični foton ga lahko uniči z ionizacijo elektrona. Če želite uničiti atomsko jedro, potrebujete delce z višjo energijo, kot so kozmični žarek, pospešeni protoni ali fotoni gama žarkov.
Toda za velike strukture, kot so planeti, zvezde ali celo galaksije, so gravitacijske sile, ki jih zadržujejo, ogromne. Za prekinitev takšne megastrukture je praviloma potrebna bodisi termonuklearna reakcija bodisi neverjetno močan vpliv gravitacije od zunaj - na primer od minevajoče zvezde, črne luknje ali galaksije.
V primeru črnih lukenj pa ni tako. Masa črne luknje se namesto, da bi se porazdelila po obsegu, skrči v singularnost. V nevrtljivi črni luknji je to ena točka z ničelno dimenzijo. Vrteča se črna luknja ni veliko boljša: neskončno tanek, enodimenzionalen prstan.
Promocijski video:
Poleg tega je vsa masna energija črne luknje znotraj obdobij dogodkov. Črne luknje so edini predmeti v vesolju, ki imajo obzorje dogodkov: mejo, čez katero se je nemogoče vrniti. Noben pospešek in s tem nobena sila ne bo mogel potegniti snovi, mase ali energije iz obzorja dogodkov preko svojih meja.
To lahko pomeni, da lahko črne luknje, ki so nastale na kakršen koli način, samo rastejo in nikoli ne bodo uničene. In rastejo, neusmiljeno in neprestano. V vesolju opazujemo vse vrste pojavov, kot so:
- kvazarji;
- blazarji;
- aktivna galaktična jedra;
- mikrokvazarji;
- zvezde, ki ne oddajajo svetlobe;
- Rentgenski in radijski izbruhi iz galaktičnih središč;
ki nas vodijo v črne luknje. Z določitvijo njihovih mas poskušamo ugotoviti fizično velikost njihovih obzorij dogodkov. Vse, kar trči z njo, jo prečka ali se je celo dotakne, neizogibno pade vase. In potem se bo zaradi ohranjanja energije povečala tudi masa črne luknje.
Ta postopek se zgodi pri vsaki nam znani črni luknji. Tja so poslani materiali drugih zvezd, kozmični prah, medzvezdna snov, plinski oblaki, celo sevanje in nevtrini, ki so ostali od Velikega poka. Vsaka zadeva, ki trči v črno luknjo, poveča svojo maso. Rast črnih lukenj je odvisna od gostote snovi in energije, ki obdaja črno luknjo; pošast v središču naše Rimske ceste raste s hitrostjo 1 sončne mase vsakih 3000 let; črna luknja v središču galaksije Sombrero v 20 letih narašča s hitrostjo 1 sončne mase.
Večja in težja je vaša črna luknja, v povprečju hitreje raste, odvisno od materiala, na katerega naleti. Njegova stopnja rasti se sčasoma upočasni, a ker je vesolje staro le približno 13,8 milijarde let, črne luknje lepo rastejo.
Po drugi strani pa črne luknje ne rastejo samo s časom; obstaja tudi postopek njihovega izhlapevanja: Hawkingovo sevanje. To je posledica dejstva, da je prostor močno zakrivljen blizu obzorja dogodkov, vendar se z razdaljo poravna. Če ste na veliki razdalji, lahko vidite majhno količino sevanja, ki se oddaja iz ukrivljenega območja blizu obzorja dogodkov, ker ima kvantni vakuum različne lastnosti v različnih ukrivljenih območjih vesolja.
Končni rezultat je, da črne luknje oddajajo toplotno sevanje iz črnega telesa (večinoma v obliki fotonov) v vseh smereh okoli njih, v prostornini prostora, ki v bistvu na mestu črne luknje zapre približno deset Schwarzschildovih polmerov. In morda se zdi nenavadno, toda čim manjša je črna luknja, tem hitreje izhlapi.
Hawkingovo sevanje je neverjetno počasen proces, v katerem bo črna luknja z maso našega Sonca izhlapela po 10 (do moči 64) let; luknja v središču naše Rimske ceste - v 10 (na moč 87) let in najbolj masivna v vesolju - v 10 (na moč 100) let. Če želite s preprosto formulo izračunati čas izhlapevanja črne luknje, morate vzeti časovni okvir našega Sonca in pomnožiti z (maso črne luknje / maso Sonca).
iz česar sledi, da bo črna luknja z maso Zemlje živela 10 (do moči 47) let; črna luknja z maso Velike piramide v Gizi (6 milijonov ton) - približno tisoč let; z mašo Empire State Building - približno mesec dni; z maso običajnega človeka - pikosekundo. Čim manjša je masa, tem hitreje izhlapi črna luknja.
Kolikor vemo, bi lahko vesolje vsebovalo črne luknje nepredstavljivo različnih velikosti. Če bi ga napolnili s svetlobnimi črnimi luknjami - do milijarde ton -, bi vse do danes že izhlapele. Ni dokazov, da obstajajo črne luknje z maso med temi pljuči in tistimi, ki se rodijo v procesu spajanja nevtronskih zvezd - teoretično imajo maso 2,5 sonca. Nad temi mejami rentgenske študije kažejo na obstoj črnih lukenj v območju 10–20 sončne mase; LIGO je pokazal črno luknjo med 8 in 62 sončnimi masami; najdemo tudi supermasivne črne luknje po vsem vesolju.
Danes vse obstoječe črne luknje pridobivajo snov hitreje, kot jo izgubljajo zaradi Hawkingovega sevanja. Črna luknja s sončno maso vsako sekundo izgubi približno 10 (do -28 moči) J energije. Če pa to upoštevate:
- celo en CMB foton ima milijonkrat več energije;
- 411 teh fotonov na kubični centimeter prostora je ostalo po velikem poku;
- premikajo se s svetlobno hitrostjo in trčijo 10 bilijonov krat na sekundo na vsak kubični centimeter;
celo izolirana črna luknja globoko v medgalaktičnem vesolju bo počakala, dokler vesolje ne dozori do 10 (do 20) let - milijardokrat več od trenutne starosti - preden stopnja rasti črne luknje pade pod stopnjo sevanja Hawkinga.
A igrajmo se. Recimo, da živite v medgalaktičnem vesolju, daleč od navadne snovi in temne snovi, daleč od vseh kozmičnih žarkov, zvezdnega sevanja in nevtrinov in imate samo fotone iz Velikega poka, s katerimi lahko klepetate. Kolikšna mora biti vaša črna luknja, da se stopnja izhlapevanja (Hawkingovo sevanje) in absorpcija fotonov v vaši črni luknji (rast) medsebojno uravnoteži?
Odgovor dobimo v območju 10 (do moči 23) kg, to je približno z maso planeta Merkur. Če bi bil Merkur črna luknja, bi bil v premeru pol milimetra in bi seval približno 100 bilijonov krat hitreje kot črna luknja sončne mase. S to maso v našem vesolju bi črna luknja absorbirala toliko mikrovalovnega sevanja, kot ga je izgubila v procesu Hawkingovega sevanja.
Če pa želite realistično črno luknjo, je ne morete izolirati od preostale snovi v vesolju. Črne luknje, tudi če jih izvržemo iz galaksij, še vedno letijo skozi medgalaktični medij in trčijo v kozmične žarke, zvezdne svetlobe, nevtrine, temno snov in vse vrste delcev, masivnih in brez mase. Kozmično mikrovalovno ozadje je neizogibno, kamor koli se odpravite. Črne luknje nenehno porabljajo snov in energijo ter rastejo v masi in velikosti. Da, tudi oddajajo energijo, a da se bodo vse črne luknje v našem vesolju začele izčrpavati hitreje, kot rastejo, bo trajalo približno 100 kvintiljonov let.
In končno izhlapevanje bo trajalo še več.
Ilya Khel