Černé díry Historie a teorie Ondřej Szönyi

Obsah přednášky Historie a vědci Černé díry - vznik - vlastnosti - zánik - vypařování - druhy Použitá literatura a materiály

„Černé díry jsou jedním z nemnoha případů v historii vědy, kdy byla teorie rozvinuta do velkých detailů dřív, než pozorování alespoň náznakem potvrdila správnost předpokladů.“

Historie a vědci .. Sir Isaac Newton Karl Schwarzschild ☼ 4.1.1643 †31.3.1727 Karl Schwarzschild ☼ 9.9.1873 †11.5.1916 Subrahmanyan Chandrasekhar ☼ 19.10.1910 †21.8.1995

Stephen William Hawking Historie a vědci .. Stephen William Hawking ☼ 8.1.1942 Roger Penrose ☼ 8.8.1931

Černé díry - vznik Spjat se zánikem hvězdy. Těleso již není schopno vzdorovat přitažlivosti vlastní gravitace, jež se ho snaží zmenšit. Jak se hvězda smršťuje, gravitační pole na jejím povrchu sílí a úniková rychlost roste. Hranice černé díry se nazývá horizont událostí.

Horizont událostí Plocha horizontu událostí vždy vzrůstá, pokud do černé díry padá nějaká dodatečná hmota. Horizont událostí se nikdy nezmenšuje.

Černé díry - vlastnosti Chování světla Gravitační vír a jeho účinky Čas

Chování světla Gravitační pole - svou aktivitou zakřivuje světelné paprsky - nutí měnit frekvenci světelných vln. Jev nazývaný gravitační čočka.

Gravitační vír a jeho účinky Ergosféra – prostor mezi Schwarzschildovým poloměrem a statickou mezí. Schwarszchildův (gravitační) poloměr /horizont událostí/ - oblast, kde se úniková rychlost z černé díry rovná rychlosti světla. G…Newtonova gravitační konstanta M…hmotnost hvězdy c.....rychlost světla ve vakuu

Čas Vzpomeňme, že už ve speciální teorii relativity … …má jeden a týž proces různé trvání z hlediska různých pozorovatelů.

Čas Časový průběh pohybu povrchu hvězdy, která se hroutí a vytváří černou díru, jak jej sleduje pozorovatel na povrchu a na vzdálené planetě obíhající hvězdu.

Zánik - vypařování 1974 – tento kvantový děj popsal Stephen William Hawking částice a antičástice - vznikají na velmi krátký okamžik. Pokud na ně nepůsobí vnější pole, ihned zanikají. černá díra hvězdné hmotnosti se podle výpočtu zcela odpaří za 1066 let. Zmenšováním se ztrácí hmotnost černé díry, její teplota narůstá a rychlost vypařování také. S poklesem hmotnosti na 1000 tun, , teplota jejího záření vzroste na obrovskou hodnotu 1017 kelvinů. Následuje výbuch.

Druhy černých děr Černá díra si při vzniku ponechává jen informaci o hmotnosti, momentu hybnosti a náboji Podle atribut : 1. Schwarzschildovy černé díry: Mají nenulovou hmotnost, nulový moment hybnosti a elektrický náboj. Každý zkolabovaný sféricky symetrický objekt se stane Schwarzschildovou černou dírou. 2. Kerrovy černé díry: Mají nenulovou hmotnost a moment hybnosti. Jde o výsledek kolapsu rotujících objektů, typickým jevem je existence ergosféry - oblasti mezi statickou mezí a Schwarzschildovým poloměrem. 3. Reisnerovy-Nordstromovy černé díry: Nejobecnější možná teoretická forma černé díry s nenulovým nábojem. V přírodě se pravděpodobně nevyskytuje. Černá díra si při vzniku ponechává jen informaci o hmotnosti, momentu hybnosti a náboji Černá díra si při vzniku ponechává jen informaci o hmotnosti, momentu hybnosti a náboji

Druhy černých děr Podle velikosti 1. Prvotní (primordiální) černé díry: Tyto černé díry by měly mít nepatrné rozměry elementárních částic a mohly vznikat v ranných fázích vývoje Vesmíru. Jestliže existují, měly by díky Hawkingovu vypařování intenzivně zářit. Pozorované množství γ záření ve Vesmíru znamená, že primordiálních děr nemůže být více než 300 v krychlovém světelném roku. Pozorovat takový objekt by bylo možné jen v naší bezprostřední blízkosti (Sluneční soustavě). 2. Hvězdné černé díry: Tyto černé díry vznikly jako závěrečné fáze hvězdného vývoje a jejich hmotnosti jsou několikanásobkem hmotnosti Slunce. Objekty tohoto typu se v naší Galaxii pozorují. 3. 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.

Eliptická galaxie NGC 4261 (HST 4. 12 Eliptická galaxie NGC 4261 (HST 4.12.1995) (pravděpodobně obří černá díra). Černá díra v centru galaxie M87

ROSAT LMC X-1: Vážný kandidát na černou díru ve Velkém Magellanově mračnu.

Použitá literatura a materiály: Igor Dmitrijevič Novikov – Černé díry a vesmír Stephen William Hawking – Stručná historie času Jiří Grygar – Sejdeme se v nekonečnu http://aldebaran.cz http://www.mikmik.cz/other/fifth http://casa.colorado.edu/ http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk http://www.aldebaran.cz/applets/as_holes/start.html