Przejdź do treści

Tak giną gwiazdy schwytane przez czarne dziury!

Co dzieje się z gwiazdami, które znajdą się w bezpośrednim sąsiedztwie galaktycznej, supermasywnej czarnej dziury? Czy znikają w niej nagle? Naukowcy mają już jedną z odpowiedzi na te i podobne pytania. Co więcej - jest ona w zgodzie z Ogólną Teorią Względności.
 
Można zastanawiać się, jak wygląda proces pochłaniania tak dużego obiektu jak gwiazda przez czarną dziurę. Czy schwytana przez jej ogromną siłę grawitacji gwiazda topi się w niej powoli niczym świeca? Czy też raczej zderza się tam z jakąś twardą powierzchnią? Zdaniem teoretyków pierwsza z tych możliwości jest w zgodzie z Ogólną Teorię Względności w znanej nam wszystkim formie, podczas gdy druga opcja opiera się na zmodyfikowanej wersji tej sławnej teorii.
 
Astronomowie umieją już do pewnego stopnia badać procesy zachodzące pod horyzontem zdarzeń, choć nie da się zrobić żadnej fotografii tego obszaru. Pawan Kumar z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, we współpracy ze swym studentem, Wenbinem Lu z Harvard opracował nową metodę oceny losu gwiazd wpadających w pułapkę grawitacyjną dużo bardziej masywnych od siebie obiektów - w szczególności dużych czarnych dziur, jakie rezydują w centrach większości galaktyk. Te czarne dziury to tak zwane osobliwości, czyli matematyczne obiekty najprawdopodobniej pozbawione fizycznej powierzchni i otaczane przez horyzont zdarzeń. Horyzont ten działa jak jednokierunkowa membrana - dowolny materiał może wpaść w czarną dziurę, ale kiedy minie już horyzont zdarzeń, nie może już dłużej wysyłać światła widocznego dla reszty Wszechświata, ponieważ silna grawitacja czarnej dziury na zawsze zatrzyma takie światło przy sobie. Kiedy więc jakiś obiekt mija tę granicę, zasadniczo znika nam z widoku.
 
Co jednak, gdyby przewidująca to teoria względności nie była w pełni poprawna? Gdyby na przykład czarna dziura zapadała się nie do punktu, ale do jakiegoś obiektu o małych, ale skończonych rozmiarach? Wówczas horyzont zdarzeń będzie miał całkiem inne proporcje i właściwości. Kumar sądzi, że w takich przypadkach mógłby on wręcz nie zachowywać się jak półprzepuszczalna granica, a raczej mieć twardą powierzchnię, na której rozbijałyby się wszystkie wpadające w pole grawitacyjne czarnej dziury ciała. Takie zderzenia dawałyby zresztą widoczny efekt, bowiem przykładowo spadający na czarną dziurę gaz gwiazdy zapalałby się tam w wyniku kolizji, świecąc jasno przez wiele miesięcy lub nawet lat.
 
Jak to jednak sprawdzić doświadczalnie? Świecenie opisane powyżej należy po prostu zaobserwować. Naukowcy wykorzystali w tym celu 1,8-metrowy teleskop Pan-STARRS na Hawajach. Obliczyli wcześniej, jaka ilość gwiazd spadałaby na supermasywne czarne dziury w pobliskich galaktykach, i oszacowali, jak wiele przypadków zapłonu gazu gwiazd zderzających się z czarnymi dziurami powinni być w stanie zaobserwować w ciągu trzech i pół roku obserwacji. Jeśli w tym czasie zauważyliby więc jakiekolwiek przypadki tego teoretycznego świecenia, mogłoby to oznaczać, że często horyzont zdarzeń ma stałą powierzchnię. Jeśli nie, to najprawdopodobniej Ogólna Teoria Względności jest poprawna, a gwiazdy po prostu przechodzą horyzont zdarzenia i znikają.
 
Okazuje się, że zgodnie z naszym obecnym stanem wiedzy Ogólna Teoria Względności  nadal obowiązuje - zespół Kumara nie znalazł żadnych dowodów na istnienie poświaty mogącej stanowić efekt kolizji gwiazd z czarnymi dziurami. Oznacza to, że większość lub nawet wszystkie czarne dziury posiadają “klasyczne” horyzonty zdarzeń, a wpadające do nich obiekty naprawdę znikają z obserwowalnego wszechświata, tak jak wierzymy od dziesięcioleci. Ogólna Teoria Względności przeszła tym samym kolejny krytyczny test.
 
 
Czytaj więcej:
 
 
 
Źródło: astronomy.com
 
Zdjęcie: tak może wyglądać gwiazda podczas przechodzenia przez horyzont zdarzeń czarnej dziury zgodnie z Ogólną Teorią Względności.
Źródło: Mark A. Garlick/Cfa