Au descoperit într-adevăr oamenii de ştiinţă găuri negre?

PARE a fi science-fiction — cândva stele luminoase care devin invizibile, comprimate de propria lor forţă gravitaţională, din a cărei înşfăcare nu scapă nimic, nici chiar lumina. Mulţi astronomi cred că aceste găuri negre sunt peste tot în univers. V-ar face plăcere să cunoaşteţi mai multe despre acestea? Povestea începe în frumoasa constelaţie nordică Cygnus, care înseamnă „Lebăda“.

Cygnus X-1 — o gaură neagră?

Încă din anii ’60, pe astronomi îi interesa o anumită zonă a constelaţiei Cygnus. Observatoarele orbitale lansate în afara atmosferei Pământului au detectat o emisie puternică de raze X provenind din această zonă numită Cygnus X-1.

Oamenii de ştiinţă cunosc de multă vreme că cu cât un obiect este mai fierbinte, cu atât emite mai multă energie, undele electromagnetice având lungimea de undă mai scurtă şi energie mai mare. Dacă încălzeşti o bucată de fier într-un cuptor încins, pe măsură ce fierul se încinge, la început acesta se va înroşi, apoi se va îngălbeni, iar apoi se va albi. În acest sens, stelele se aseamănă cu barele de fier. Stelele relativ reci, cu o temperatură de aproximativ 3 000 K, sunt roşiatice, pe când o stea galbenă, asemănătoare Soarelui, are o temperatură de suprafaţă de aproape 6 000 K.a Însă, ca să obţii emisia de raze X care provine de la Cygnus X-1, gazul stelar ar trebui încălzit la milioane de grade Kelvin. Nici o stea nu are o astfel de temperatură de suprafaţă.

În locul unde se află Cygnus X-1, astronomii au găsit o stea a cărei temperatură de suprafaţă este de aproximativ 30 000 K, într-adevăr foarte fierbinte, dar nu suficient de fierbinte ca să i se poată atribui emisia de raze X. Se estimează că această stea, catalogată HDE 226868, are o masă de 30 de ori mai mare decât cea a Soarelui şi se află la o distanţă de 6 000 de ani-lumină de Pământ. Această supergigantică are o însoţitoare, iar cele două se rotesc una în jurul celeilalte într-un vals orbital la fiecare 5,6 zile. Oamenii de ştiinţă au calculat că însoţitoarea acesteia se află la doar câteva milioane de kilometri de HDE 226868. Potrivit unor surse, această stea însoţitoare are masa de zece ori mai mare decât cea a Soarelui. Dar ceva este foarte straniu cu privire la această însoţitoare: este invizibilă. Nici o stea normală de o asemenea mărime, care se află la această distanţă de Pământ nu ar trebui să fie invizibilă. Oamenii de ştiinţă spun că un obiect atât de masiv, care se pare că emite raze X, dar care nu emite lumină vizibilă, este foarte probabil o gaură neagră.

O călătorie spre o gaură neagră

Imaginaţi-vă că aţi putea călători spre Cygnus X-1. Presupunând că este în realitate o gaură neagră, ceea ce aţi vedea s-ar putea asemăna foarte mult cu ilustraţia de la pagina 17. Steaua mare este HDE 226868. În timp ce această stea are un diametru de milioane de kilometri, gaura neagră poate avea un diametru de aproximativ 60 de kilometri. Punctuleţul negru din centrul vârtejului de gaze strălucitoare este orizontul evenimentelor, sau suprafaţa găurii negre. Acesta nu este o suprafaţă solidă, ci se aseamănă mai mult cu o umbră. Este marginea zonei în care forţa gravitaţională din jurul găurii negre este atât de puternică, încât nici chiar lumina nu îi poate scăpa. Mulţi oameni de ştiinţă sunt de părere că în interiorul orizontului, în centrul găurii negre, există un punct de volum zero şi de o densitate infinită, numit singularitate, în care a dispărut toată materia din gaura neagră.

Gaura neagră absoarbe straturile de gaz exterioare ale stelei însoţitoare. Pe măsură ce viteza cu care se rotesc în spirală se măreşte, gazele ce provin de la stea formează un disc strălucitor şi se încălzesc prin frecare în jurul găurii negre. Acest disc de gaze supraîncălzite produce raze X chiar în afara găurii negre, pe măsură ce gazele prind o viteză inimaginabilă, absorbite de forţa gravitaţională puternică. Bineînţeles, odată ce gazele se prăbuşesc în gaura neagră, razele X nu mai pot scăpa — şi nimic altceva.

Cygnus X-1 este o privelişte spectaculară, totuşi, nu vă apropiaţi prea mult! Aici nu numai razele X ale acesteia sunt ucigătoare, ci şi forţa ei gravitaţională. Pe Pământ, când stăm în picioare există o mică diferenţă între forţa gravitaţională exercitată asupra capului şi cea exercitată asupra picioarelor. Această diferenţă creează o uşoară întindere ce nu poate fi simţită. Totuşi, în Cygnus X-1, această mică diferenţă se multiplică de 150 de miliarde de ori, dând naştere unei forţe care efectiv v-ar întinde corpul, asemenea unor mâini invizibile care v-ar trage de picioare într-o direcţie şi de cap într-o altă direcţie!

Cygnus A — Este aceasta o gaură neagră supermasivă?

Mai există o zonă misterioasă în constelaţia Cygnus. Aşa cum se poate observa, această zonă este doar o pată mică, asemănătoare unei galaxii îndepărtate, dar care emite cele mai puternice unde radio din cosmos. Ea se numeşte Cygnus A şi, de când a fost descoperită în urmă cu peste 50 de ani, aceasta îi uimeşte pe oamenii de ştiinţă.

Este de-a dreptul copleşitor să ne imaginăm mărimea lui Cygnus A. Dacă Cygnus X-1 se află în galaxia noastră, la o distanţă de câteva mii de ani-lumină, se crede că Cygnus A este la sute de milioane de ani-lumină. Deşi Cygnus X-1 şi însoţitoarea ei vizibilă se află la o distanţă de aproximativ un minut-lumină una de cealaltă, dârele formate de cele două jeturi de unde radio din Cygnus A sunt la o distanţă de sute de mii de ani-lumină una de cealaltă.b Este clar că există ceva în centrul lui Cygnus A ce propulsează aceste două jeturi intense de energie în direcţii opuse de sute de mii sau chiar de milioane de ani, asemenea unei arme cosmice care trage cu raze. Hărţile radio detaliate ale centrului lui Cygnus A dezvăluie că, în comparaţie cu jeturile de unde radio, arma cosmică de la care provin este foarte mică, având mai puţin de o lună-lumină mărime. Dacă, în tot acest timp, arma de raze s-ar fi clătinat, razele nu ar fi fost drepte. Dar jeturile misterioase sunt perfect drepte, ca şi cum arma de la care provin ar fi fost fixată cu ajutorul unui giroscop uriaş.

Care ar putea fi cauza acestui fenomen? Profesorul Kip Thorne scrie: „Dintre multele explicaţii propuse la începutul anilor ’80 privitoare la sursa principală a acestor jeturi de energie, doar una aducea în discuţie un superb giroscop cu o viaţă lungă, de o lună-lumină mărime şi dotat cu capacitatea de a genera jeturi de energie. Această explicaţie unică era o imensă gaură neagră rotitoare“.

Alte posibile găuri negre

În 1994, Telescopul Spaţial Hubble de curând reparat a privit cu atenţie la „apropiata“ galaxie M87, care, potrivit estimărilor, se află la o distanţă de 50 de milioane de ani-lumină. Cu sistemul lui optic actualizat, Hubble a detectat în centrul lui M87 un vârtej de gaze care se învârteau în jurul unui obiect cu ameţitoarea viteză de 2 milioane de kilometri pe oră. Ce anume putea face ca gazele să se mişte cu o asemenea viteză? Calculele au arătat că obiectul din interiorul vârtejului avea masa egală cu cea a cel puţin două miliarde de Sori. Dar acel obiect este comprimat într-un spaţiu „micuţ“, de mărimea sistemului nostru solar. Unicul lucru despre care oamenii de ştiinţă îşi imaginează că s-ar potrivi acestei descrieri ar fi o gaură neagră supermasivă.

Au fost detectate posibile găuri negre în centrul mai multor galaxii din apropiere, chiar şi în galaxia „alăturată“ Andromeda, care se află la doar 2 milioane de ani-lumină. Dar poate exista o gaură neagră uriaşă chiar mai aproape de noi decât Andromeda! Observaţiile recente sugerează existenţa unei găuri negre colosale chiar în centrul galaxiei noastre, Calea Lactee. Un obiect ce se află într-o regiune mică a galaxiei noastre, cu o masă egală cu cea a aproximativ 2,4 milioane de Sori, determină stelele din apropierea centrului galaxiei noastre să graviteze în jurul lui cu viteze uimitoare. Fizicianul Thorne remarcă: „Dovezile — obţinute treptat de-a lungul anilor ’80 — sugerează că aceste găuri locuiesc nu numai în miezul majorităţii quasarilor şi a galaxiilor radio, ci şi în miezul celor mai multe dintre marile galaxii normale (non-radio), cum ar fi Calea Lactee şi Andromeda“.

Au descoperit într-adevăr oamenii de ştiinţă găuri negre? Posibil. Cu certitudine, ei au descoperit în constelaţia Cygnus şi în alte părţi nişte obiecte stranii care, în prezent, pot fi explicate cel mai simplu ca fiind găuri negre. Dar noile informaţii pot pune sub semnul întrebării teoriile larg răspândite.

Cu peste 3 500 de ani în urmă, Dumnezeu l-a întrebat pe Iov: „Cunoşti tu legile cerului?“ (Iov 38:33). În pofida progreselor ştiinţifice care s-au înregistrat, această întrebare este încă de actualitate. La urma urmei, nu începe bine omul să creadă că înţelege universul că şi descoperă pe neaşteptate încă ceva, numai ca să-i răstoarne teoriile clădite cu atâta grijă. Între timp, ceea ce ne rămâne de făcut este să privim cu admiraţie la constelaţii şi să ne bucurăm de frumuseţea lor!

[Note de subsol]

[Chenarul de la paginile 16, 17]

Ce este o gaură neagră?

ÎN PREZENT, ştiinţa susţine că stelele strălucesc datorită unei lupte neîncetate între forţa gravitaţională şi forţele nucleare. Fără forţa gravitaţională, care să comprime gazul în interiorul stelelor, fuziunea nucleară nu ar avea loc. Pe de altă parte, fără fuziunea nucleară care să reziste forţei gravitaţionale, stelelor li se pot întâmpla lucruri extraordinare.

Oamenii de ştiinţă cred că, atunci când stelele de mărimea Soarelui îşi epuizează combustibilul nuclear de hidrogen şi heliu, acestea se comprimă în urma gravitaţiei până ajung asemenea unor tăciuni fierbinţi de mărimea Pământului, numiţi pitice albe. O pitică albă poate avea masa egală cu cea a Soarelui, masa acesteia fiind însă comprimată într-un spaţiu de un milion de ori mai mic.

Vă puteţi imagina materia obişnuită ca fiind în mare parte un spaţiu gol, în care aproape întreaga masă a fiecărui atom este situată într-un nucleu micuţ, înconjurat de un nor mult mai mare de electroni. Totuşi, în interiorul unei pitice albe, forţa gravitaţională comprimă norul de electroni într-o mică parte din volumul iniţial, micşorând steaua până când aceasta ajunge de mărimea unei planete. Pentru stelele de mărimea Soarelui, la acest punct se formează un contraechilibru între gravitaţie şi forţele electronilor, împiedicând astfel continuarea comprimării.

Dar ce se întâmplă cu stelele mai mari decât Soarele, a căror forţă gravitaţională este mai mare? În cazul stelelor a căror masă este de 1,4 ori mai mare decât cea a Soarelui, forţa gravitaţională este atât de mare, încât norul de electroni este comprimat până când dispare. Atunci protonii şi electronii se combină formând neutroni. Neutronii rezistă unei comprimări şi mai mari, cu condiţia ca forţa gravitaţională să nu fie prea mare. În loc să se formeze o pitică albă, ceea ce rezultă în urma acestui proces este o stea neutronică de mărimea unui asteroid. Stelele neutronice sunt formate din materia cu cea mai mare densitate din univers.

Dar dacă forţa gravitaţională este şi mai mare? Oamenii de ştiinţă sunt de părere că, în cazul stelelor a căror masă este de trei ori mai mare decât cea a Soarelui, forţa gravitaţională este prea mare, iar neutronii nu îi pot rezista. Nici o formă de materie cunoscută de fizicieni nu poate rezista forţei cumulative generate de toată această forţă gravitaţională. Se pare că mingea de neutroni de mărimea unui asteroid nu numai că s-ar comprima şi mai mult, dar s-ar comprima până la nimic, până la punctul numit singularitate, sau ar căpăta o altă entitate teoretică nedescrisă. În aparenţă, steaua ar dispărea, lăsând în urma ei doar forţa ei gravitaţională şi o gaură neagră. În locul fostei stele, gaura neagră ar forma o umbră gravitaţională. Aceasta ar fi o regiune în care forţa gravitaţională a fost atât de puternică, încât nimic — nici chiar lumina — nu i-a scăpat.

[Legenda fotografiilor de la pagina 16]

Constelaţia Cygnus conţine, printre altele, nebuloasa Nord-americană (1) şi nebuloasa Veil (2). Cygnus X-1 (3) este localizată parţial în partea de jos a gâtului lebedei

Cygnus (Lebăda)

[Provenienţa fotografiilor]

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

[Legenda ilustraţiilor de la pagina 17]

Cygnus X-1 prezentată teoretic

Găurile negre sunt detectate în urma efectelor pe care le au asupra altor corpuri. În această ilustraţie se văd gazele unei stele care sunt atrase într-o gaură neagră

Modul în care îşi imaginează un artist o gaură neagră (în dreptunghiul roşu), iar mai jos gaura neagră mărită

[Provenienţa fotografiei de la pagina 14]

Einstein: U.S. National Archives photo