Înapoi la: Studiu de caz: Natura
Găurile Negre
Imaginea de mai sus reprezintă Gaura Neagră Cygnus X-1 din Constelația Lebăda, „înghițind” materia dintr-o (stea) Uriașă Albastră vecină cu ea. Masa ei este de 14.8 mase solare. În 1964, ea devine prima Gaură Neagră confirmată, prin detectarea unei emisii de raze X neobișnuit de puternice în vecinătatea unei uriașe albastre.
Acum știm că în centrul fiecărei galaxii din Univers se află o Gaură Neagră. Gaura Neagră din centrul Căii Lactee se numește Sagittarius A*, cu o masă de 4x106 mase solare, aflată la o distanță de aproape 27 000 ani lumină (Soarele se află la o distanță de doar 8 secunde lumină).
Prima viteză cosmică este viteza orbitală, necesară unui corp pentru a deveni satelit al Pământului: 7.9 Km/s. Viteza care ar trebui imprimată unui corp pentru a „scăpa” de gravitația Pământului este de 11.2 Km/s și este numită a doua viteză cosmică – viteza de desprindere. A treia viteză cosmică este cea necesară pentru a „scăpa” de câmpul gravitațional al Sistemului Solar: 42 Km/s.
O Gaură Neagră este un „obiect” ceresc – de fapt o regiune a spațiu-timplui în care gravitația este atât de puternică încât nimic - nici particule, nici măcar lumina - nu pot scăpa din ea. Masa unei găuri negre poate ajunge la mii și chiar la milioane de mase solare în cazul găurilor negre super masive.
Asemenea mase pot deforma Spațiu-timpul. Teoria relativității generale prezice că o masă suficient de compactă poate deforma spațiu-timpul, formând astfel o gaură neagră. O gaură neagră este înconjurată de o zonă numită orizontul evenimentelor.
Dacă un obiect, corp ceresc sau navă spațială, atrasă de gravitația fenomenală a unei găuri negre, ajunge să traverseze orizontul evenimentelor, el va porni „pe un drum fără întoarcere” și se va „prăbuși” în gaura neagră; dacă ajunge până în singularitatea din centrul găurii negre, acest obiect va fi ...volatilizat.
În felul acesta, găurile negre ne arată că spațiul poate fi „mototolit” ca o foaie de hârtie, până este redus la un punct infinitezimal, că timpul poate fi stins ca o flacără în care am suflat, și că legile fizicii pe care le considerăm „sacre”, imuabile, nu sunt nicidecum așa. Într-o formulare mai corectă, într-o singularitate, legile fizicii sunt suspendate iar spațiul și timpul nu mai pot fi deosebite între ele ...
În multe privințe, o gaură neagră acționează ca un corp negru ideal, deoarece nu reflectă nicio lumină. Mai mult, fizica cuantică prezice că orizonturile de evenimente emit radiații Hawking, cu același spectru ca și un corp negru cu o temperatură invers proporțională cu masa sa. Această temperatură este de ordinul miliardimilor unui kelvin pentru găurile negre cu masă stelară, ceea ce face esențial imposibilă observarea directă.
Găurile negre nu sunt alcătuite din materie, deși au o masă mare. Acest lucru explică de ce nu a fost încă posibil să le observăm direct, ci doar prin efectul gravitației lor asupra împrejurimilor. Distorsionează spațiul și timpul și au o atracție cu adevărat irezistibilă.
Este greu de crezut că ideea din spatele unor astfel de obiecte exotice are deja o vechime de peste 230 de ani.
Acum 300 și ceva de ani, un tânăr stătea sub un pom în grădina casei sale și a observat un măr căzându-i în poală. Mărul căzuse drept spre el, vertical, ca și cum ar fi fost legat direct de centrul pământului. Acest tânăr se numea Isaac Newton. Observația lui a fost una dintre cele mai importante din istoria omenirii, pentru că ea a dus la înțelegerea faptului că Pământul are forța de a atrage spre el toate corpurile. Și mult mai mult decât atât! Newton a dedus că există o forță care face să se atragă între ele oricare două corpuri și care depinde de masa celor două corpuri și de distanța dintre ele. Și nu numai pe Pământ, ci oriunde în spațiul cosmic. Această forță a numit-o gravitație.
Acest tânăr se numea Isaac Newton. Înțelegerea lui a însemnat însă mult mai mult decât o forță cu care Pământul atrage spre el toate corpurile. Înseamnă că există o forță care atrage între ele orice două corpuri. Și nu numai de pe Pământ, ci de oriunde în spațiul cosmic. Această forță a numit-o gravitație. Teoria elaborată de el a numit-o Teoria Atracției Universale. La 5 iulie 1687, el a publicat Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Aici figurează principiul conform căruia fiecare corp din Univers este atras de un alt corp, cu o forţă direct proporţională cu produsul maselor celor două corpuri şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele. Această forță a fost numită Gravitație și s-a dovedit a fi una dintre cele patru forțe fundamentale ale Naturii. Și tot de atunci, știința care era cunoscută sub numele de Filosofie Naturală a început să fie numită Fizică.
Aproape 100 de ani mai târziu, în satul liniștit Thornhill, Yorkshire, John Michell și-a făcut casa, lângă biserica medievală. El a fost rectorul aici timp de 26 de ani și - după cum confirmă inscripția de pe memorialul său din biserică - a fost foarte respectat și ca erudit. De fapt, Michell a studiat nu numai teologia, ebraica și greaca la Cambridge, ci și-a îndreptat atenția și către științele naturii. Principalul său interes era geologia. Într-un tratat, care a fost publicat după cutremurul de la Lisabona din 1755, el a susținut că există valuri subterane care au propagat un astfel de cutremur. Această teorie a provocat destulă agitație în lumea academică și a condus la acceptarea lui John Michell ca membru al Societății Regale din Londra, nu în ultimul rând datorită acestei teorii.
În 1783 a susținut o discuție în fața acestei renumite societăți despre gravitația stelelor. El a folosit un experiment de gândire pentru a explica că lumina nu ar părăsi suprafața unei stele foarte masive dacă gravitația ar fi suficient de mare. Și el a dedus: „Dacă un astfel de obiect există într-adevăr în natură, lumina lui nu ar putea ajunge niciodată la noi”.
La mai bine de un deceniu după Michell, un alt om de știință a abordat același subiect: în cartea sa publicată în 1796 - Exposition du Système du Monde - matematicianul, fizicianul și astronomul francez Pierre-Simon de Laplace a descris ideea stelelor masive din care lumina nu ar putea scăpa; această lumină consta din corpusculi, particule foarte mici, conform teoriei general acceptate a lui Isaac Newton. Laplace numea un astfel de obiect corp obscur, adică corp întunecat.
Considerate simple „jocuri ale minții”, aceste „corpuri obscure” ale lui John Michell și Laplace nu și-au găsit drumul în marea fizică decât odată cu Relativitatea Generală a lui Einstein, și nu oricum, pentru că ceea ce Einstein urmărea era să arate tocmai imposibilitatea existenței singularităților în Natură, inclusiv a Găurilor Negre. Aceasta se întâmpla în 1939. Articolul a fost contrazis de dezvoltările experimentale de mai târziu, ducând la confirmarea existenței Găurilor Negre.
Apoi, la o conferință la New York din 1967, marele fizician John A. Wheeler preia „din zbor” o idee din sală și „superdramatizează” situația, folosind pentru prima dată numele de „gaură neagră”.
La 10 aprilie 2019, a fost publicată prima imagine directă a unei găuri negre și a vecinătății acesteia, în urma observațiilor făcute de Telescopul Event Horizon în 2017 despre gaura neagră supermasivă din Galaxia Messier 87.