Stiinta Astronomiei Black Holes

BLACK HOLES

Crinu Monica

XI U2

Existenta black holes-urilor a fost intuita in secolul XVIII de catre marchizul Pierre Simon de Laplace, adept al astrofizicii lui Isaac Newton (in acceptia newtoniana "lumina este compusa din corpusculi ce se supun gravitatiei"), si elaboreaza conceptul de "viteza de eliberare" (viteza pe care trebuie sa o aiba materia pentru a iesi din campul gravitational al unui corp cosmic) in relatie cu teoria sa conform careia exista corpuri total invizibile. Pe de alta parte, Karl Schwarzchild a intuit in 1916 existenta corpurilor cosmice care nu emit radiatii.

Black hole-urile sunt corpuri cosmice cu un camp graviational extrem de puternic si cu o densitate imensa. Termenul propriu-zis de "black hole" (in traducere exacta, "gaura neagra") este impropriu folosit. Black hole-urile sunt formate prin distrugerea unei stele uriase (care are cel putin de trei ori masa soarelui), stelele de dimensiuni mai mici evoluand in corpuri cosmice mai putin dense, dar se presupune ca exista si black holes de origine non-stelara. Distrugerea unui astfel de corp cosmic de dimensiuni imense nu presupune neaparat crearea unei black hole, ele putand deveni stele neutronice (stele supradense, ale caror centre pot atinge temperaturi uriase – 6 ooo ooo ooo grade Celsius, iar suprafata, de 15 miliarde grade. Stelele neutronice sunt formate in mare parte din neutroni prin intrepatrunderea nucleelor atomice, datorita densitatii extraordinare). Stelele care stau la originea black holes-urilor sunt distruse in momentul in care acestea raman fara energia termonucleara care opune in mod normal rezistenta atractiei interioare a imensului camp gravitational. Fara aceasta forta care se opune, corpul cosmic se prabuseste in el insusi, cedand propriei sale greutati, in timp ce straturile exterioare explodeaza; aceste stele gigantice muribunde sunt reduse la un volum egal cu zero, in timp ce densitatea lor este infinita.

O alta definitie a black hole-urilor este data in raport cu raza Schwarzchild (raza gravitationala a unui corp cosmic; marimea razei Schwarzchild a unei black hole este direct proportionala cu cea a stelei din care provine): black hole este un astru a carui raza este egala in marime cu raza sa gravitationala. Raza Schwarzchild pentru o black hole cu masa de zece ori mai mare decat cea a Soarelui este de 30 km.

11163bmq85qsg4k Dupa Laplace, pentru ca un corp ceresc sa fie invizibil, viteza de eliberare trebuie sa o depaseasca pe cea a luminii, considerand ca si particulele de lumina sunt supuse gravitatiei, tinand cont de raportul dintre masa si raza acestuia (conform expresiei date mai sus pentru viteza de eliberare). Expresia vitezei de eliberare este

La sfarsitul secolului XVIII, cand a fost formulata pentru prima data aceasta teorie (1796) ipoteza prezentata de Laplace nu a fost acceptata de teoreticienii vremii. In secolul XIX apar din ce in ce mai multi adepti ai teoriei ondulatorii a luminii (lumina fiind formata din unde, se propaga continuu in eter), formulata de Thomas Young si, mai tarziu, de Christiaan Huygens. In 1900, fizicianul german Max Planck elaboreaza teoria cuantelor (lumina se propaga in cantitati discrete, numite "cuante"). Cel care a reabilitat ambele teorii (care a fost ignorate persistent de majoritatea fizicienilor vremii), in 1905, a fost Albert Einstein, creand mecanica cuantica (el accepta ideea cuantelor de lumina – corpusculi de lumina – fotoni) si teoria relativitatii restranse. Aceasta teorie din urma prezenta un impediment crucial in evolutia studiului black hole-urilor, deoarece pornea de la ipoteza ca "viteza luminii constituie o limita absoluta pe care nici o particula fizica nu o poate depasi", in contradictie cu afirmatia ca "campul gravitational accelereaza miscarea unei particule" (conform lui Newton). Tinand cont de principiile fizicii newtoniene, apare conceptul de acceleratie ca variatie de viteza. Conform principiului echivalentei, formulat ulterior de Einstein, acceleratia si gravitatia sunt echivalente intre ele, putand produce aceleasi efecte fizice. Confirmarea principiului echivalentei a fost facuta de Lorand Etovos. S-a demonstrat astfel principiul revolutionar al spatiului curb (demonstrata prin ‘strambarea" razelor de lumina datorata fortei campului gravitational – efectul Einstein). O clarificare a intrebarilor legate de influenta gravitatiei asupra luminii a fost elaborata tot de Einstein, prin teoria relativitatii generalizate, care sustine geometria neeuclidiana (spatiul curb), avand drept consecinta deviatia fascicolelor de lumina. In aceste conditii, considerand viteza de evaziune egala cu viteza luminii, fotonii vor descrie o curba (conform geometriei neeuclidiene), care , tinand cont de raza r a corpului ceresc, ii va readuce in pozitia initiala, devenind astfel total invizibili. Raza black hole-ului (raza Schwarzchild) poate fi calculata pornind de la expresia vitezei de eliberare, aratata mai sus.

In timp ce, dupa cum am mentionat mai sus, campul gravitational al unei black hole este atat de puternic incat emisiunile unui astfel de corp sunt minime (decat raze X), acesta atrage in interiorul sau orice (un fascicol de fotoni indreptat spre o black hole va fi absorbit de aceasta). Existenta acestui tip de corp cosmic poate fi dedusa numai folosind un telescop cu raze X. In sistemele stelare binare, black holes-urile pot fi deduse tocmai prin aceasta radiatie. In acest tip de sistem, o black hole si o stea normala, vizibila, pot orbita una in jurul celeilalte la o distanta atat de mica incat black hole ar absorbi gaze de la steaua normala; acesta gaz, cazand cu viteza spre black hole s-ar supraincalzi prin frictiunea atomilor componenti. Caldura care ar radia in acest mod s-ar putea ridica pana la zeci de milioane de grade sub forma de radiatii X vizible prin telescoape specializate. In acest mod, in 1973, Ricardo Giacconi, de la Smithsonian Institute din SUA, a identificat o posibila black hole in sistemul Lebada ( Cygnus X-1). Posibila black hole a putut fi detectata datorita pozitionarii ei langa steaua pricipala a sistemului, o stea supergigantica albastra. In 1994, telescopul spatial Hubble a identificat o alta black hole in centrul galaxiei M87.

11163bmq85qsg4k Astrofizicianul englez Stephen Hawking a emis o teorie conform careia ar exista black holes de origine non-stelara, de dimensiuni foarte mici, cu o masa aproximativ egala cu cea a unui asteroid, a caror origine ar fi legata de teoria big bang-ului (caracterizat prin temperaturi si densitate extrem de ridicate, in urma cu 10 miliarde de ani). Conform aceluiasi cercetator, black hole-urile sunt epuizabile (energia, deci masa lor, ar putea fi consumata prin interactiunea protonilor si a antiprotonilor in imediata apropiere a unei black-hole).

11163bmq85qsg4k Alti cercetatori au emis ipoteze diferite: un alt tip de black hole-uri de origini nonstelare ar fi format din acumularea unui volum imens de gaz interstelar, formand black hole-uri in centrul quasarilor sau galaxiilor atipice. Prabusirea acestui volum urias de gaz intr-o black hole explica in acest fel energia imensa degajata de quasari si de anumite sisteme galactice.

11163bmq85qsg4k Existenta black hole-urilor este edificatoare pentru stiinta astronomiei. Ea demonstreaza ca exista multe lucruri cruciala care raman ascunse "privirii" celor mai inovatoare telescoape. Invizibilul este la fel de imporant ca vizibilul. O teorie respinsa ca fiind absurda in urma cu doua secole isi demonstreaza adevarul prin evolutia tehnologica.

11163bmq85qsg4k

Bibliografie

-

Ion Corvin Singeorzan, I.M. Stefan "Ghidul Cosmosului", volumul 2, editura Minerva 1980

-

Enciclopedia Britannica, volumul 2, pag. 225

-

World Book, 1993, volumul 2, articol de J. E. McClintock

download