Černé díry Referát na fyziku

Černé díry Pokud raketa překročí kritickou "únikovou rychlost" 11 km/s, vymaní se ze zemské gravitace a odletí do volného vesmíru. Při nižší rychlosti spadne zpátky jako kámen, nebo se dostane na oběžnou dráhu a stane se družicí Země. Úniková rychlost závisí na gravitační hmotnosti. K úniku ze Slunce je třeba rychlosti 620 km/s, neutronová hvězda by vyžadovala 200 000 km/s. V roce 1783 si anglický astronom John Michell uvědomil, že pokud by hvězda byla dostatečně těžká, byla by odpovídající úniková rychlost vyšší než 300 000 km/s - tedy než rychlost světla. Světlo by nemohlo uniknout a hvězda by byla neviditelná. Michell považoval světlo podle Newtonovy teorie za proud části a představoval si, že gravitace bude stahovat světlo hvězdy zpátky. "Všechno světlo vyzářené takovým tělesem přinutí jeho vlastní gravitační síla k návratu," napsal o tom. Mitchellovy představy nebyly v pořádku - rychlost světla se vlivem gravitace nemění - ale základní závěr byl správný. V Einsteinově obecné teorii relativity světlo věrně sleduje zakřivení prostoru v okolí hmotných těles. Kolabující hvězda s hmotností několikrát vyšší než Slunce vytvoří gravitační "studnu", z níž dá světlu stále více práce uniknout. Nakonec se světlo ocitne zcela v pasti a hvězda se stává "černou dírou". kdy zákony fyziky naopak teprve po explozi začaly platit.

Černé díry Na možnost takového totálního gravitačního kolapsu poukázal jako první v roce 1939 Robert Oppenheimer. Domníval se však, že je to jen kuriozita v řešení relativistických rovnic a nemá žádný vztah k realitě. Opustil tuto problematiku a nadále pracoval jako jeden z vedoucích projektu vývoje americké atomové bomby. S výjimkou malé hrstky nadšenců fyzikové na černé díry téměř zapomněli až do počátku 60. let, kdy nová pozorování odhalila daleko ve vesmíru mohutné gravitační zdroje, pro které se těžko hledalo vysvětlení. S pojmem "černá díra" přišel v roce 1969 americký teoretický fyzik John Wheeler; v té době došlo k prudkému oživení zájmu o vesmírné katastrofy podobného typu. V téže době dokázali Roger Penrose a Stephen Hawking z univerzity v Oxfordu, že černá díra obsahuje relativistickou singularitu - "bod nula", kde vznikají nekonečné hustoty, celá fyzika se hroutí a nemůže nadále dělat žádné předpovědi. Hawking byl těmito singularitami fascinován. Vypadalo to, jako by celý vesmír vznikl při opačné verzi takové katastrofy - velkém třesku - kdy zákony fyziky naopak teprve po explozi začaly platit.

Černé díry podle velikosti Černé díry můžeme podle velikosti rozdělit do čtyř kategorií: Prvotní(primordiální) černé díry: Tyto černé díry by měly mít nepatrné rozměry elementárních částic a mohly vznikat v ranných fázích vývoje Vesmíru. Hvězdné černé díry: Tyto černé díry vznikly jako závěrečné fáze hvězdného vývoje a jejich hmotnosti jsou několikanásobkem hmotnosti Slunce. Předpokládáme existenci takových objektů v Galaxii na základě nepřímého pozorování. Střední černé díry: Zástupci této skupiny nebyly dlouho známy. Hmotnost 100 MS až 1 000 MS. Galaktické černé díry: Černé díry s hmotností srovnatelnou s hmotností galaxií nebo jejich jader. Tvoří jádra některých aktivních galaxií, pravděpodobně i naší vlastní Galaxie a jádra kvasarů. Pozorována je řada objektů tohoto typu. Velikost centrální výduti galaxií pravděpodobně souvisí s hmotností centrální černé díry. Zobrazené zdroje jsou horkými kandidáty na obří černé díry.

Eliptická galaxie NGC 4261 Tato fotografie pochází z Hubbleova kosmického dalekohledu (HST). Galaxie je vzdálená 300 Mpc ve směru souhvězdí Panny. V centru galaxie je hmotná černá díra krmená prachem z tlustého akrečního disku o průměru 250 pc. Měřením rychlosti rotace prachového disku byla stanovena hmotnost černé díry na 1,2×1012 MSlunce. Tato ohromná hmotnost se nachází v oblasti jen o něco málo větší než je naše sluneční soustava. Disk obklopující černou díru má hmotnost 105MSlunce a byl objeven s HST v roce 1992. Snímky z HST z roku 1995 zaznamenaly poprvé strukturu disku, která pravděpodobně souvisí s vlnami a nestabilitami šířícími se diskem. Také se ukázalo, že černá díra s diskem nejsou přesně v centru galaxie NGC 4261. Pro tento fakt zatím chybí uspokojivé vysvětlení

Černá díra v centru galaxie M87 Centrum blízké obří galaxie M87 je velmi husté. Na této fotografii z HST (1994) byl nalezen disk horkých plynů rotující kolem centra obří galaxie. Disk je patrný v levé dolní části snímku. Napravo je detail tohoto akrečního disku. Známa jsou i spektra různých částí disku. Z rychlosti rotace disku lze určit hmotnost centrálního objektu a z rozměrů disku lze odhadnout maximální rozměr objektu. Tyto výpočty vedou k natolik vysoké hustotě centrálního objektu, že v úvahu připadá jedině černá díra. Na fotografii je také patrný vysoce energetický výtrysk (jet) mířící od centrálního objektu. Výtrysk obsahuje rychle se pohybující nabité částice, je dlouhý 2 kpc a je složen z vláken o průměru 3 pc. Charakter výtrysku odpovídá modelům černých děr s tlustým akrečním diskem.

Bílá Díra Teoretický pojem v kosmologii; objekt pod Schwarzschieldovým poloměrem na počátku explozivního procesu. Co se děje uvnitř černé díry, s tím si nejsme tak zcela jisti. Existují taková řešení rovnic obecné teorie relativity, která dovolují spadnout do černé díry a vystoupit z bílé díry někde jinde. Bílá díra představuje časově převrácenou černou díru. Je to tedy objekt, ze kterého mohou objekty vycházet, nic se však nemůže dostat do nich. Taková bílá díra by se mohla nacházet v jiné části vesmíru; zdálo by se tedy, že se zde nabízí možnost rychlého mezigalaktického cestování. Potíž je v tom, že by probíhalo až příliš rychle. Kdyby totiž byla taková cesta skrze černou díru možná, nic by nebránilo tomu, abychom se nevrátili dříve, než jsme odstartovali

Zdroj informací: www.virtcars.com