Čierne diery história

Čierne diery história
Čierne diery predpovedal už pred 200 rokmi istý neveľmi známy filozof: reverend John Michell. Už vtedy si položil otázku, do akej miery môže gravitácia hviezdy vplývať na šírenie slnečného svetla.

V tom čase boli predstavy prírodovedcov ovplyvnené Newtonovou fyzikou, ktorý si svetlo predstavoval ako roj malých častíc. Už vtedy sa vedelo, že čiastoččky svetla sa pohybujú rýchlosťou 300 000 kilometrov za sekundu. Michell predpokladal, že čiastočky svetla sa v gravitačnom poli hviezdy alebo planéty musia pohybovať pomalšie. Vzpočítal aj hmotnosť telesa, ktoré by rýchlosť svetla spomaliť na nulu. 27. novembra 1783 predniesol Michell pred Kráľovskou spoločnosťou v Londíne svoje názory:- Ak je nejakí teleso, ktorího stredná hmotnosť je 500-krát väčšia ako hmotnosť nášho Slnka, svetlo z jeho povrchu musí gravitácia spútaš. Ak také objekty vo vesmíre naozaj existujú, potom nikdy nedokážeme zazanamenať ich svetlo. Michellove názory vzbudili síce istú pozornosť, ale zakrátko upadli do zabudnutia.

O trinásť rokov neskorťie dospel francúzsky filozof Pierre Simon de Laplace vo svojej knih „Exposion du Systéme du Monde“ k podobnému záveru. Lenže už o desať rokov neskoršie sa presadil názor, ktorého zástancovia tvrdili, že svetlo je druhom vlnenia, čo sa s teóriami Michella a laplacea nezhodovalo. Opatrný Laplace preto záverečné kapitoly, v ktorých písal o „tmavých hviezdach“ vyškrtol.
Vyše 100 rokov si na „tmavé hviezdy“ nikto nespomenul. Vzkriesil ich až Albert Eistein v rámci svojej všeobecnej teórie relativity, ktorú v roku 1915 publikoval ako nový revolučný výklad gravitácie. Od tejto chvíle nebolo možné vysvetľovať gravitáciu ako silu, ktorá podobne ako gumené traky priťahuje k sebe všetky okolité telesá Gravitácia pôsobí na okolitý časopriestor a deformuje ho.

Kvôli zjednodušeniu si môžeme ešte nepokrčený priestor predstaviť ako gumenú plachtu. Ak po nej rozkotúľame biliardovú guľu predstavujúcu hviezdu, materiál sa prehýba. Ak po tomto deformovanom priestore rozkotúľame nejakú inú guľu, na jej pohybe sa deformásia priestoru musí prejaviť:  teleso sa jednoduch vychýli zo svojej  priamej dráhy asi tak ako kométa. Ktorá obieha Slnko. Deformácia priestoru však neovplyvňuje iba pohyb telies, ale aj pohyb svetla. Na rozdiel od nebezkých teliessa však jeho pohyb nespomalí, ale v istom ťažisku sa jeho priamočiara dráha ohne.
Nemecký astronóm Karl Schwarzschild, ktorého Eisteinova teória nesmierne nadchla, sa pokúsil zistiť, ako gravitácia ovplyvňuje  pohyb hviezd. Časom prišiel na závažný objav:v istej vydialenosti od hviezdy si čas a priestor vymieňajú úlohy. Priestor sa stáva časom a čas priestorom – tak to aspoň vyplývalo zo vzorcov. Celé desťročia trvalo, kým sa teoretikom podarilo rozlúštiť posolstvo ukryté v Schwarzchildových rovniciach. Spočiatku túto z čistej matematiky zrodenú katastrofu celkom ignorovali. Bolo ju možné dokázať iba pri veľmi malých polomeroch hviezd: Hviezda veľká ako naše Slnko, musela by sa scvrknúť na polomer 3 kilometrov, aby sa ocitla vo vnútri tzv. Schwarzschildovho polomeru. Vedcom sa v tomto čase zdalo, že v prírode sa niečo podobné nemôže odohrať.

V nasledujúcivh rokoch objavili astrofyzici ďalšie vlastnosti hviezd: zistili, že ide o veľké gule horúceho plynu, ktorých energia vzniká premenou vodíka na hélium, vďaka jadrovej fúzii. Čo sa však stale z hviezdou, ktorá svoje palivo spotrebuje? Indicko – americký astrofyzik a neskôr nosteľ Nobelovej ceny Burahmanyan Chandrasekhar roku 1930 zistil, že hviezdy s maximálnou hmotnosťou 1,4 Slnka skolabujú na konci svojho života do podoby „bieleho trpaslíka“, ktorý nepresahuje veľkosť Zeme . V takom telese musí bzť hmota stlačená do takej miery, že elektróny sa uvoľnia zo zajatia protónov a „žijú“ vlastným životom . Jedným z dôsledkov tejto nezávislej existencie elektrónov je to, že vytvárajú protiváhu gravitačnej sily a v istom štádiu kolaps vyhorenej hviezdy zabrzdia. Hmotnejšie hviezdy by sa však (podľa vtedajších predstáv) museli pod vplyvomvlastnej gravitácie celkom zrútiť. To sa  zdalo byť aj astrofyzikom nepredstaviteľné.

Iba o dva roky neskoršie objavil fyzik Charles Chadwick neutrálnu tehličku atomárnej štruktúry – neutrón. Tým sa zmenili predstavy o stavbe hmoty a vedci si preto dokázali predstaviť aj existenciu ešte bizardnejších objektov – neutrónových hviezd. Ak kolabuje hviezda, ktorej hmotnosť je väčšia ako 1,4 hmotnosti Slnka, gravitácia vtlačí voľné elektróny do pozitívne nabitých častíc – protónov. Neutróny, ktoré takto vzniknú, musia odolať aj enormnej sile gravitácie. V neutrónovej hviezde váži potom „kocka cukru“neutrónovej hviezdy miliardu ton. Neutrónové hviezdy však môžu vzniknúť iba vtedy, ak hmotnosť hviezdy neprevyšuje hmotnosť 3 Sĺnk. Čo sa však stane, ak kolabujúca hviezda je ešte hmotnejšia?

Odpoveď na túto otázku našli Johann Robert Oppenheimer a jeho žiak Hartland S.Snyder roku 1939. Podľa ich teórie neexistuje sila, ktorá by mohla zabrániť kolapsu hviezdy, ktorej hmotnosť prevyšuje hmotnosť neutrónovej hviezdy, pretože by sa musela zrútiť do jediného bodu. Matematici nazývajú takýto prípad, v ktorom sa hmotnosť stáva nekonečne veľkou, singularita.. Táto hviezda by prirodzene vyhovovala aj zákonu Schwarzschildovho polomeru. Takto nadobudlo Schwarzschildovo mysteriózne riešeniegravitačnej teórie aj fyzikálny zmysel.

Počas kolapsu hviezdy enormne narastá jej gravitačné pôsobenie na okolitý priestor, ktorý sa čoraz markantnejšie deformuje. Ak skolabuje pod hodnotou Schwarzschildovho polomeru, priestor okolo kolabujúcej hviezdy sa uzavrie. Teleso sa voči zvyšku vesmíru zakapslí. Nijaká hmota ani čiastočky svetla už z jeho vnútra neuniknú. Stane sa neviditeľným – presne takako to John Michell predpokladal. Astrofyzici, vzhľadom na skutočnosť, že vonkajší pozoravateľ z vnútra čiernej diery nemôže získaťnijaké informácie, nazvali imaginárnu šupku kolabovanej, zakapslenej hviezdy „horizontom udalostí“Hranice tejto šupky definované Schwarzschildovým polomerom.

Hypotetické čierne dieryvšak astronómov 30.rokov iritovali. Dokonca Albert Eistein, ktorého teória relativity položila základný kameň k týmto úvahám, neveril, že tieto hviezdne obludy naozaj existujú. Veľký fyzik sa však tentoraz pomýlil.Eistein sa neobľúbenými singularitami už nikdy nezapodieval a ani Ooppenheimer sa viac k tejto téme po druhej svetovej vojne nevrátil . Až v 60.rokoch sa tieto zvláštne objekty ocitli opäť v zornom poli astrofyzikov.
Roku 1963 objavil americký astronóm Maarten Schmidt podstatu niektorých bodových zdrojov rádiového žiarenia, ktoré boli krátko predtým  objavené. Išlo o miliardy rokov vzdialené kvazary. Astronómom bolo jasné, že ide o najžiarivejšie objekty celého vesmíru. V priestore, ktorý nemusí byť väčší ako naša Slnečná sústava, produkuje nejaký mechanizmus viac energie ako 100 miliárd hviezd našej Galaxie.