Ali so znanstveniki res odkrili črne luknje?

ZDI se kakor znanstvena fantastika – nekdaj svetle zvezde postanejo nevidne, sesujejo se zaradi lastne gravitacijske sile; njihovemu objemu ne uide nič, niti svetloba. Mnogi astronomi menijo, da so takšne črne luknje v vesolju nekaj običajnega. Ali bi o njih radi izvedeli kaj več? Zgodba se začne v prelepem severnem ozvezdju Cygnusu oziroma Labodu.

Labod X-1 – črna luknja?

Astronomi se že vse od šestdesetih let tega stoletja zanimajo za določeno področje v ozvezdju Labod. Observatoriji, ki krožijo utirjeni nad Zemljino atmosfero, so namreč odkrili, da iz tega področja prihaja močan vir rentgenskih žarkov in ga poimenovali Labod X-1.

Znanstveniki že dolgo vedo, da bolj vroč ko je neki objekt, več energije oddaja v krajših, bolj energijskih elektromagnetnih valovnih dolžinah. Če v zelo vroči peči segrevate kos železa, ta najprej žari rdeče, nato pa, ko je vse bolj vroče, žari rumeno in belo. V tem pogledu so zvezde kakor kos železa. Sorazmerno hladne zvezde, s temperaturo okrog 3000 K, so rdeče, medtem ko ima rumena zvezda, kakor na primer Sonce, površinsko temperaturo blizu 6000 K.a Toda da bi dobili rentgensko sevanje, ki prihaja iz Laboda X-1, bi morali zvezdni plin segreti do več milijonov kelvinov. Nobena zvezda nima tolikšne površinske temperature.

Astronomi so tam, kjer se nahaja Labod X-1, odkrili zvezdo, ki ima po ocenah površinsko temperaturo okoli 30.000 K. To je res zelo vroče, pa vseeno še zdaleč ne dovolj za sevanje rentgenskih žarkov. Menijo, da ima ta zvezda, registrirana kot HDE 226868, 30-krat tolikšno maso kakor Sonce in da je od Zemlje oddaljena 6000 svetlobnih let. Ta nadorjakinja ima spremljevalko in ti krožita druga okrog druge, njuna obhodna doba pa je 5,6 dni. Znanstveniki so izračunali, da je spremljevalka samo nekaj milijonov kilometrov stran od HDE 226868. Po nekaterih virih ima ta spremljevalka desetkrat tolikšno maso kakor Sonce. Pri njej pa je nekaj zelo čudnega – je namreč nevidna. Nobena normalna tako velika zvezda naj ne bi bila nevidna pri tej razdalji od Zemlje. Tako masiven objekt, za katerega se zdi, da oddaja rentgenske žarke, ne pa tudi vidne svetlobe, je zelo verjetno črna luknja, pravijo znanstveniki.

Izlet k črni luknji

Zamislite si, da bi odpotovali k Labodu X-1. Vzemimo, da je to res črna luknja, potem bi morda videli nekaj podobnega ilustraciji na 17. strani. Velika zvezda je HDE 226868. Medtem ko ta zvezda v premeru meri milijone kilometrov, utegne črna luknja meriti v premeru komaj kakih 60 kilometrov. Drobna črna pika v središču vrtinca žarečega plina je dogodkovni horizont oziroma površina črne luknje. Toda to ni trdna površina, bolj je podobna senci. Je rob območja, v katerem je gravitacija okrog črne luknje tako močna, da ne more uiti niti svetloba. Mnogi znanstveniki menijo, da je znotraj horizonta, v središču črne luknje, točka (poimenovali so jo singularnost) s prostornino 0 in neskončno gostoto, v katero izginja vsa snov v črni luknji.

Črna luknja vsrkava zunanje plasti plina spremljajoče zvezde. Plin s te zvezde oblikuje žareč disk, ko se spiralno vrti vse hitreje in se zaradi trenja okrog črne luknje segreje. Ta disk izredno vročega plina oddaja rentgenske žarke še pred vstopom v črno luknjo, ko je plin zaradi zelo močne gravitacije pospešen do fantastičnih hitrosti. Seveda pa potem, ko plin enkrat pade v črno luknjo, ne rentgenski žarki ne karkoli drugega, ne more več uiti.

Pogled na Labod X-1 je res pravi spektakel, toda ne približajte se preveč! Pogubni niso le rentgenski žarki, temveč tudi njegova gravitacija. Na Zemlji je med vašo glavo in nogami, ko stojite, majhna razlika v gravitacijski sili. Zaradi te razlike vas rahlo vleče narazen, vendar pa tega ne čutite. Toda na Labodu X-1 je ta majhna razlika 150-milijardokrat večja, zaradi česar nastane sila, ki bi vam dobesedno raztegnila telo, kakor da bi vam nevidne roke vlekle noge v eno smer, glavo pa v drugo!

Labod A — ali je to supermasivna črna luknja?

V ozvezdju Labod pa je še eno skrivnostno področje. Vizualno to področje zajema le zelo megleno pego, namreč oddaljeno galaksijo, a je eden najmočnejših virov radijskih valov na nebu. Poimenovali so ga Labod A in znanstveniki si zaradi njega belijo glavo že vse, odkar so ga pred dobrimi 50 leti odkrili.

Razsežnosti Laboda A si kar ne moremo predstavljati. Medtem ko je Labod X-1 znotraj naše galaksije, nekaj tisoč svetlobnih let stran, menijo, da je Labod A oddaljen na stotine milijonov svetlobnih let. Labod X-1 in njegova vidna spremljevalka sta narazen le okrog eno svetlobno minuto. Stebra, ki ju oblikujeta dva radijska tokova v Labodu A, pa sta narazen na stotisoče svetlobnih let.b Očitno nekaj v središču Laboda A izstreljuje ta močna energijska tokova v nasprotni smeri že stotisoče ali celo milijone let – kakor nekakšna pištola na kozmične žarke. Podrobne radijske karte središča Laboda A odkrivajo, da je pištola v primerjavi s tokovoma, ki ju oddaja, zelo majhna, meri manj od enega svetlobnega meseca. Če bi se ta pištola ves čas majala, bi bila žarka ukrivljena. Toda skrivnostna tokova sta popolnoma ravna, kakor da bi bila kozmična pištola, ki ju izstreljuje, stabilizirana z velikanskim giroskopom.

Za kaj bi torej lahko šlo? »Od mnogih idej, s katerimi želijo že vse od osemdesetih let tega stoletja pojasniti središčni motor,« piše profesor Kip S. Thorne, »samo ena govori o izrednem, dolgoživem giroskopu, velikem manj od svetlobnega meseca in sposobnem proizvajati mogočna tokova. Po tej ideji naj bi šlo za velikansko, vrtečo se črno luknjo.«

Druge morebitne črne luknje

Leta 1994 so si s popravljenim Hubblovim vesoljskim teleskopom pobliže pogledali »bližnjo« galaksijo M87, ki je po nekaterih ocenah oddaljena 50 milijonov svetlobnih let. Hubblov teleskop je s svojo posodobljeno optiko v njenem središču odkril vrtinec plina, ki se vrti okrog nekega objekta z osupljivo hitrostjo 2 milijonov kilometrov na uro. Zaradi česa bi se plin lahko vrtel s tolikšno hitrostjo? Računi kažejo, da mora imeti objekt znotraj vrtinca maso, enako vsaj dvema milijardama Sonc. Toda ta objekt je stlačen v »drobcen« prostor, v velikosti našega sončnega sistema. Edino, kar si znanstveniki predstavljajo, da bi to lahko bilo, je supermasivna črna luknja.

Morebitne črne luknje so sedaj odkrili še v središču številnih bližnjih galaksij, tudi v naši sosedi Andromedi, ki je oddaljena le okrog dva milijona svetlobnih let. Velikanska črna luknja pa bi utegnila biti celo bliže kakor Andromeda! Nedavna opazovanja kažejo, da je orjaška črna luknja mogoče tudi v središču naše lastne galaksije, Rimske ceste. Na majhnem področju neka stvar z maso, ki je po nekaterih ocenah enaka masi 2,4 milijona Sonc, povzroča, da se zvezde blizu središča naše galaksije vrtijo okrog nje z izredno hitrostjo. Fizik Thorne pravi: »Dokazi, ki so se postopoma nabirali v osemdesetih letih tega stoletja, kažejo, da takšne luknje niso le v jedru večine kvazarjev in radijskih galaksij, temveč tudi v jedru večine velikih, normalnih (neradijskih) galaksij, kot sta Rimska cesta in Andromeda.«

Ali so znanstveniki res odkrili črne luknje? Čisto mogoče. Zagotovo pa so odkrili nekaj zelo nenavadnih objektov v ozvezdju Labod in drugje, ki jih je sedaj najlaže pojasniti kot črne luknje. Toda novi podatki lahko tudi spremenijo splošno uveljavljene teorije.

Pred 3500 leti je Bog vprašal Joba: »Poznaš li postave neba?« (Job 38:33) Kljub osupljivemu znanstvenemu napredku, je to vprašanje še vedno aktualno. Navsezadnje se ravno takrat, ko človek začenja misliti, da razume vesolje, pojavi kakšno novo, nepričakovano odkritje, ki zamaje njegove skrbno oblikovane teorije. Medtem pa lahko z občudovanjem strmimo v ozvezdja in uživamo v njihovi lepoti!

[Podčrtna opomba]

[Okvir na straneh 16, 17]

Kako naj bi nastala črna luknja?

DANES so znanstveniki mnenja, da zvezde sijejo zaradi nenehnega boja med gravitacijo in jedrskimi silami. Brez gravitacije, ki stiska plin globoko v zvezdi, ne bi bilo jedrskega zlivanja. Po drugi strani pa se lahko zvezdam, v katerih ni jedrskega zlivanja, ki bi se upiralo gravitacijski sili, zgodijo nekatere zelo nenavadne stvari.

Znanstveniki menijo, da zvezde, velike približno toliko kot naše Sonce, takrat ko porabijo jedrsko gorivo (vodik in helij), gravitacija stisne do vroče žlindre. Zvezde so takrat velike toliko kot naša Zemlja in jim pravimo bele pritlikavke. Bela pritlikavka lahko vsebuje toliko mase kot Sonce, a je njena masa stisnjena v milijonkrat manjši prostor.

Neko običajno snov si lahko zamišljate kot večinoma prazen prostor, v katerem je skoraj vsa masa vsakega atoma spravljena v majhnem jedru, obdanem z veliko večjim oblakom elektronov. Znotraj bele pritlikavke pa gravitacija stisne elektronski oblak v majhen delček njegove prejšnje prostornine, zaradi česar se zvezda zmanjša na velikost planeta. Pri zvezdah, ki so približno Sončeve velikosti, pride sedaj do izravnanja nasprotnih si učinkov gravitacije in sil elektronov, kar preprečuje kakršno koli nadaljnje stiskanje.

Kako pa je z zvezdami, ki so težje od Sonca, in imajo močnejšo gravitacijo? Pri zvezdah, katerih masa je več kot 1,4-krat tolikšna kot Sončeva, je gravitacijska sila tako močna, da elektronski oblak zaradi stiskanja izgine. Protoni in elektroni se združijo in nastanejo nevtroni. Ti se upirajo nadaljnjemu stiskanju, če gravitacija ni premočna. Namesto bele pritlikavke v velikosti planeta nastane nevtronska zvezda v velikosti majhnega asteroida. Nevtronska zvezda je iz najgostejše znane snovi v vesolju.

Kaj pa če se gravitacija še naprej veča? Znanstveniki menijo, da je v zvezdah s trikratno Sončevo maso, gravitacija premočna, da bi nevtroni zdržali. Fiziki ne poznajo nobene snovi, ki bi se lahko upirala kumulativni sili vse te gravitacije. Zdi se, da se krogla nevtronov v velikosti asteroida ne stisne le v manjšo kroglo, temveč v nič, v točko, imenovano singularnost, oziroma v neki drug, do zdaj še neopisan teoretičen objekt. Zvezde ni več videti; na njeni nekdanji lokaciji ostane le še gravitacija in črna luknja. Črna luknja naj bi tam, kjer je bila prej zvezda, oblikovala gravitacijsko senco. To je področje s tako močno gravitacijo, da od tam ne more uiti nič, niti svetloba.

[Slike na strani 16]

V ozvezdju Labod sta med drugimi tudi meglica Severna Amerika [1] in meglica Tančica [2]. Labod X-1 [3] se nahaja približno na sredini labodjega vratu

Labod (Cygnus)

[Vir slike]

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

[Slike na strani 17]

Labod X-1 v teoriji

Črne luknje odkrijejo po tem, kako vplivajo na druga telesa. Ta ilustracija kaže pline zvezde, ki jih vleče v črno luknjo.

Umetnikova predstava o črni luknji (znotraj rdečega pravokotnika) in povečava (spodaj)

[Vir slike na strani 14]

Einstein: U.S. National Archives photo