uniwersum

Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego z uwagi na wpływ grawitacji, nic – łącznie ze światłem i informacją – nie może opuścić^[1][2]. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją „czarną”, ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice^[3]. Kwantowa teoria pola przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.

Istnienie obiektów o polu grawitacyjnym niepozwalającym na ucieczkę światła jako pierwsi rozważali w XVIII wieku John Michell i Pierre Simon de Laplace. Pierwsze rozwiązanie równania Einsteina ogólnej teorii względności opisujące czarną dziurę znalazł w 1916 Karl Schwarzschild, jednak długo uważane było ono za matematyczną ciekawostkę, a jego interpretacja jako regionu czasoprzestrzeni, którego nic nie może opuścić, nie zyskała pełnego uznania przez kolejne cztery dekady. Dopiero w latach 60. XX wieku prace teoretyczne wykazały, że istnienie czarnych dziur jest logiczną konsekwencją obowiązywania ogólnej teorii względności. W tym samym czasie obserwacyjnie potwierdzono także istnienie gwiazd neutronowych, co stanowiło przesłankę, że takie obiekty powstałe w wyniku zapadania grawitacyjnego mogą istnieć w rzeczywistości.

Czarne dziury o masie gwiazdowej formują się w wyniku zapadania grawitacyjnego bardzo masywnych gwiazd pod koniec ich życia. Inną kategorią są supermasywne czarne dziury o masach przekraczających miliony mas Słońca. Podejrzewa się, że takie czarne dziury znajdują się w centrach większości galaktyk, w szczególności istnieją przekonujące dowody na istnienie czarnej dziury o masie około 4 milionów mas Słońca w centrum Drogi Mlecznej^[4]. Wyróżnia się też czarne dziury o masie pośredniej między gwiazdowymi i supermasywnymi, a najcięższe czarne dziury nazywane są niekiedy ultramasywnymi.

Jako że czarnych dziur nie można obserwować bezpośrednio, o ich obecności wnioskuje się na podstawie ich oddziaływania z otaczającą materią oraz światłem i innymi rodzajami promieniowania elektromagnetycznego. Przykładowo, opadająca na powierzchnię czarnej dziury materia może uformować dysk akrecyjny, generujący ogromne ilości promieniowania na skutek tarcia, jonizacji i silnego przyspieszenia wchłanianych cząstek. Część zjonizowanej materii dysku pod działaniem jego pola elektromagnetycznego może uciekać w kierunkach osi obrotu, tworząc ogromne dżety. Supermasywne czarne dziury w centrach aktywnych galaktyk, wokół których zachodzi proces akrecji powodują ich bardzo silne świecenie, stąd też obiekty zawierające czarne dziury mogą należeć do najjaśniejszych we Wszechświecie. 10 kwietnia 2019 roku przedstawiono pierwsze w historii zdjęcie ukazujące cień czarnej dziury w centrum galaktyki M87, obraz uzyskano dzięki projektowi EHT^[5].

Licznych kandydatów na czarne dziury o masie gwiazdowej udało się zidentyfikować w systemach podwójnych. W niektórych przypadkach po ustaleniu masy i położenia niewidzialnego towarzysza gwiazdy okazuje się, że jedynym obiektem pasującym do obserwacji może być czarna dziura.

Według obliczeń opublikowanych w 2022 roku w obserwowanym Wszechświecie znajduje się około 40 trylionów (40 000000000 000000000) czarnych dziur pochodzenia gwiazdowego. Wynika z tego, że około 1% zwykłej, czyli barionowej materii znajduje się w gwiazdowych czarnych dziurach^[6].

Gwiazda neutronowa – gwiazda zdegenerowana powstała w wyniku ewolucji gwiazd o dużych masach (ok. 8–10 mas Słońca). Powstają podczas supernowej (supernowe typu II lub Ib) lub kolapsu białego karła (supernowa typu Ia) w układach podwójnych. Materia składająca się na gwiazdy neutronowe jest niezwykle gęsta, przy średnicy ok. 25 km gwiazdy tego typu mają masę ok. 2 mas Słońca. Łyżeczka (3 cm³) materii w takim stanie ma masę około 6 miliardów ton.

Przewidzenie istnienia gwiazd neutronowych było przez wiele lat przypisywane Lwowi Landau, który w 1932r. napisał w swoim artykule o gwiazdach, których „jądra atomowe będące w bliskim kontakcie, tworzą jedno gigantyczne jądro”^[3]. Data publikacji zbiegła się z datą opublikowania wyników badań Jamesa Chadwicka odnośnie do odkrycia przez niego neutronu^[4]. Doprowadziło to do błędnego powiązania ze sobą obu prac, przez co obecnie uznaje się, że fakt przewidzenia przez niego gwiazd neutronowych jest nieprawdziwy^[5].

Teoretyczne przewidywanie gwiazd neutronowych zostało pierwszy raz przedstawione w grudniu 1933 na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego przez Waltera Baade’a i Fritza Zwicky’ego^[6]. Zwicky wysunął takie przypuszczenie blisko dwa lata po odkryciu neutronu, wkrótce po eksperymentalnym stwierdzeniu istnienia neutronów we wtórnym promieniowaniu kosmicznym. Odkrycie pulsara przez Antony’ego Hewisha i Jocelyn Bell z Uniwersytetu Cambridge w 1967 potwierdziło istnienie gwiazd neutronowych.

Galaktyka to duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiezdnego, niewidocznej ciemnej materii i prawdopodobnie ciemnej energii. Typowa galaktyka zawiera od 107 do 1012 gwiazd, orbitujących wokół środka masy galaktyki. Oprócz pojedynczych gwiazd większość galaktyk zawiera duże ilości układów gwiazd oraz różne mgławice. Większość galaktyk ma rozmiary od kilku tysięcy do kilkuset tysięcy lat świetlnych. Istnieje prawdopodobnie więcej niż 1011 galaktyk w widzialnym wszechświecie. Istnieją trzy typy galaktyk: eliptyczna, spiralna oraz niereguralna. Droga Mleczna należy do galaktyk spiralnych.

Chociaż ciemna materia i energia to ponad 90% masy galaktyki, to ich natura nie jest dobrze poznana. Istnieją pewne dowody, że super masywne czarne dziury mogą istnieć w centrum wielu lub wszystkich galaktyk.

Nazwa układu gwiazd i materii międzygwiazdowej, do którego należy Słońce wraz z Układem Słonecznym. Nazwa pochodzi od greckiego gala (mleko), ponieważ płaszczyzna równika Galaktyki pokrywa się z płaszczyzną Drogi Mlecznej. Z tego powodu nazywa się nieraz Galaktykę Układem Drogi Mlecznej, zachowując nazwę Droga Mleczna dla pasa na niebie, w którym występuje największe skupienie gwiazd i materii międzygwiazdowej.

Słońce leży blisko płaszczyzny równika Galaktyki, w odległości 8 parseków (jednostka odległości stosowana w astronomii, 1 ps = 3,262 roku świetlnego = 206 264,8 AU (jednostka astronomiczna) = 3,0857⋅1016 m. Z definicji 1 ps to odległość, z jakiej połowa wielkiej osi orbity ziemskiej (tj. jednostka astronomiczna) jest widoczna jako łuk o długości 1 sekundy) na północ (w północnym kierunku osi ziemskiej) od płaszczyzny równika Galaktyki. Odległość Słońca od środka Galaktyki wynosi 10 kiloparseków. Galaktyka ma kształt silnie spłaszczonej elipsoidy obrotowej, o wielkiej osi 12 kiloparseków i małej osi 2 kiloparseków. Łączna jej masa wynosi 1,1⋅1011 mas Słońca, czyli 2,1⋅1041 kg, średnia gęstość materii w Galaktyce wynosi 7⋅10-21 kg/m3. Materia ta koncentruje się głównie w jądrze Galaktyki, gdzie jej średnia gęstość jest 40 razy większa od średniej gęstości w całej Galaktyce tylko ok. 5% masy Galaktyki przypada na materię międzygwiazdową, reszta skoncentrowana jest w gwiazdach.

Jasność absolutna Galaktyki w dziedzinie promieniowania widzialnego wynosi -20m,5, co odpowiada mocy promieniowania ok. 1010 mocy Słońca. Wokół płaszczyzny Galaktyki rozciąga się rentgenowska poświata pochodząca od rozgrzanego do temperatury 10 mln K gazu.

Z obserwacji nad stopniem uporządkowania ruchów gwiazd w Galaktyce oraz wieku najstarszych w niej obiektów wynika, że wiek Galaktyki wynosi 1,5⋅1010 lat. Galaktyka nie jest tworem o strukturze jednorodnej, można jednak wyodrębnić w niej grupy obiektów, których cechy fizyczne, rozmieszczenie i ruch podlegają pewnym prawidłowościom.

Taką grupą gwiazd należących do populacji II jest jądro Galaktyki, znajdujące się w gwiazdozbiorze Strzelca. Obserwacje jądra Galaktyki prowadzone są przy pomocy promieni podczerwonych i radiowych, ponieważ przesłania je pył międzygwiazdowy. Jego kształt zbliżony jest do nieco spłaszczonej kuli o średnicy 1,2 kiloparseka. Wewnątrz jądra znajduje się silne radioźródło (Strzelec A), a także otoczka gazowa szybko ekspandująca (50 km/s). Składa się ono z gwiazd należących do populacji II i gazu międzygwiazdowego.

Obiekty należące do populacji I (podsystem płaski) tworzą w Galaktyce rodzaj dysku otaczającego jej jądro. Poruszają się po orbitach zbliżonych do kół, leżących w płaszczyźnie równika Galaktyki. Tuż w pobliżu jądra prędkości są bliskie zeru i rosną w miarę oddalania się od jądra. W pobliżu Słońca prędkość wynosi 250 km/s, czemu odpowiada czas obiegu ok. 2⋅108 lat, znacznie krótszy niż wiek Słońca i Ziemi.

Niektóre pośród obiektów I populacji (gromady otwarte, asocjacje, materia międzygwiazdowa, olbrzymy i nadolbrzymy typu O i B) układają się wewnątrz dysku w formie ramion spiralnych (jak w wielu galaktykach tzw. spiralnych). Spośród gwiazd w ramionach spiralnych znajdują się tylko najmłodsze. Słońce, należące do populacji I, leży między dwoma ramionami spiralnymi Galaktyki, blisko wewnętrznego (zwróconego ku środkowi Galaktyki) brzegu jednego z nich.

Obiekty należące do II populacji są rozłożone symetrycznie względem środka Galaktyki, nie wykazując koncentracji w jej płaszczyźnie równikowej. Podobnie są rozłożone w przestrzeni płaszczyzny jej ruchu. Obiekty populacji II poruszają się po orbitach różniących się znacznie od kół. Obiekty te powstały w najwcześniejszym stadium istnienia Galaktyki, kiedy to gaz, z którego powstały gwiazdy, poruszał się wokół środka Galaktyki w sposób chaotyczny.

Dopiero potem nastąpiła jego koncentracja w płaszczyźnie równika Galaktyki i dlatego powstające później i obecnie obiekty (populacja I) są skoncentrowane głównie w płaszczyźnie równika Galaktyki i poruszają się ruchem zbliżonym do kołowego. W innych galaktykach obserwuje się podobną strukturę i ruch obiektów należących do różnych populacji.

Witaj na mojej stronie opartej na WordPress-ie.

Skoro widzisz ten tekst, to oznacza to, że moja strona nie jest jeszcze w pełni gotowa – do tej pory została przeprowadzona szybka instalacja WordPress-a, za pomocą automatycznego instalatora w darmowym hostingu PRV.PL.

Instalator skryptów umożliwia zamieszczenie na naszej stronie takich skryptów jak WordPress, Joomla czy forum phpBB. Nie musimy się martwić o ustawienia, uprawnienia oraz dane dostępowe do bazy MySQL – wszystko przebiega automatycznie, wystarczy pojedyncze kliknięcie i po kilku sekundach na naszej stronie pojawia się gotowy skrypt, a my otrzymujemy dane dostępowe do panelu administratora i od razu możemy przystąpić do publikacji naszej strony, bez zagłębiania się w szczegóły techniczne. Zobacz jak to wygląda »