Archive for: Απριλίου 6th, 2019

«Κρυψώνα» από το φως

     Γράφουν οι μαθητές της Β” τάξης Ράπτης Θωμάς – Χατζηδάκης Γεώργιος

    Το παρακάτω άρθρο αυτό σχετίζεται με έναν κλάδο της Αστροφυσικής, συγκεκριμένα την παρακολούθηση και τη μελέτη φαινομένων στο μελετώμενο σύμπαν και, ειδικότερα, στον γαλαξία μας, τον Milky Way. Ένα από τα πιο μυστηριώδη και αινιγματικά φαινόμενα που παρατηρούνται στον γαλαξία μας , και όχι μόνο, είναι η δημιουργία , η εξέλιξη και ο θάνατος των μελανών οπών – μαύρων τρυπών.

    Η «γέννηση» μιας μαύρης τρύπας οφείλεται στον θάνατο ενός υπερμεγέθους αστεριού, δηλαδή σε μια έκρηξη supernova. Ας εξηγήσουμε αυτό. Όταν ένα άστρο αποτελεί μάζα πάνω από 10 Ηλιακές μάζες, δηλαδή 10 φορές τη μάζα του δικού μας Ήλιου, τότε στο τέλος της ζωής του γίνεται ένας κόκκινος υπεργίγαντας, με αποτέλεσμα τα υλικά στο εσωτερικό του πυρήνα του να μετατρέπονται σε ολοένα και βαρύτερα υλικά λόγω των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων του πολύ θερμού πυρήνα του. Έτσι, λοιπόν, όταν το υλικό του πυρήνα φτάσει να μετατραπεί σε σίδηρο, κυριαρχεί η βαρύτητα του άστρου,  με συνέπεια ο πυρήνας να συμπιέζεται και να συρρικνώνεται τόσο, ώστε να γίνεται ένας αστέρας νετρονίων – pulsar με διάμετρο 10 χιλιομέτρων. Από εδώ και πέρα ο πυρήνας του άστρου μπορεί να ακολουθήσει δύο πορείες, εκ των οποίων η δεύτερη προβλέπει την μετατροπή του άστρου σε μαύρη τρύπα. Εμείς θα ασχοληθούμε με τη δεύτερη περίπτωση, αυτήν της μαύρης τρύπας. Στη συνέχεια , λοιπόν, αν ο πυρήνας έχει πάνω από 2 ηλιακές μάζες, τότε αυτός συνθλίβεται σε ένα απειροστά μικρό σημείο άπειρης πυκνότητας , στη Μοναδικότητα, η οποία θα αποτελέσει αργότερα τον πυρήνα της μαύρης τρύπας. Γύρω από αυτό το σημείο δημιουργείται μια περιοχή με τόσο έντονο βαρυτικό πεδίο, από το οποίο δε μπορεί να δραπετεύσει ούτε το φως! Εξ ου και ο τίτλος «κρυψώνα από το φως». Τώρα, πλέον, έχει δημιουργηθεί μια μελανή οπή ή μαύρη τρύπα.

    Ποιές είναι, όμως, οι ιδιότητες και ποιά είναι τα είδη των μαύρων τρυπών; Εδώ, η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μας δίνει απαντήσεις στα ερωτήματά μας. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, οι δύο έννοιες, ο χώρος και ο χρόνος, συνδέονται δημιουργώντας τον χωροχρόνο, στον οποίον η έννοια της βαρύτητας διαφέρει από αυτήν της  Νευτώνειας φυσικής. Δηλαδή ως προς τη θεωρία της σχετικότητας, η βαρύτητα είναι το αποτέλεσμα της καμπύλωσης του χωροχρόνου από ένα αντικείμενο μάζας. Έτσι, τα σώματα που βρίσκονται εκεί αναγκάζονται να ακολουθήσουν τη συντομότερη δυνατή τροχιά σε αυτήν την καμπύλωση του χωροχρόνου. Όλα τα παραπάνω μπορούμε να τα φανταστούμε ως εξής:  τον χωροχρόνο ως ένα ελαστικό ύφασμα πάνω στο οποίο τοποθετούμε τα αντικείμενα μάζας τα οποία τον καμπυλώνουν ανάλογα με τη μάζα τους.

1

   Στην προκειμένη, αν σε αυτό το «ύφασμα» διανοιχθεί μια μαύρη τρύπα, η οποία έχει άπειρη πυκνότητα, ο χώρος και ο χρόνος καμπυλώνονται τόσο έντονα, ώστε να δημιουργηθεί ένα «πηγάδι» μονής κατεύθυνσης στον χωροχρόνο, από το οποίο ούτε το φως δε δραπετεύει, άρα και καμιά πληροφορία. Ο χρόνος γύρω από αυτήν «παγώνει» , επομένως έχουμε έναν κλειστό δρόμο, που ουσιαστικά διπλώνει το «ύφασμα» του χωροχρόνου. Το σημείο αυτό έχει πρακτικά αποκοπεί από το υπόλοιπο σύμπαν!

2

   Ας δούμε τώρα, λοιπόν, τα ήδη των μαύρων τρυπών και από τι συνίστανται. Η περίμετρος μιας μαύρης τρύπας ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων – event horizon».  Αυτή η περιφέρεια της μαύρης τρύπας την αποκόπτει από το άλλο σύμπαν, καθώς καμία πληροφορία δε μπορεί να δραπετεύσει από αυτήν, αφού καμία πληροφορία δε μπορεί να ταξιδέψει με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν των 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, δηλαδή του φωτός. Γύρω από τον «ορίζοντα γεγονότων» το φως καμπυλώνεται έτσι, ώστε το φως μακρινών άστρων που βρίσκονται πίσω από τη μαύρη τρύπα, ή δίπλα σε αυτήν, αναγκάζεται να ακολουθήσει αυτήν την καμπύλωση. Για έναν παρατηρητή αυτό συνεπάγεται να μη βλέπει την πραγματική θέση των άστρων.

3

    Όσον αφορά στην ύλη που έλκεται από μια μαύρη τρύπα, μετατρέπεται ακαριαία στα στοιχειώδη σωματίδια του στοιχείου από το οποίο αποτελείται , καθώς πλησιάζει τη μαύρη τρύπα, και σχηματίζει έναν δίσκο ύλης γύρω από αυτήν. Εκεί αναπτύσσονται τεράστιες ταχύτητες και θερμοκρασίες, γι” αυτό και η ύλη παίρνει ένα πορτοκαλοκόκκινο χρώμα,  όταν πλησιάζει αρκετά στη μαύρη τρύπα, εκπέμποντας ακτινοβολίες πολύ υψηλής ενέργειας, για παράδειγμα ακτίνες Χ. Η αιτία που διαμορφώνει τόσο ακραίες συνθήκες, ώστε η ύλη να συνθλίβεται είναι το πολύ έντονο βαρυτικό πεδίο και οι τεράστιες παλιρροϊκές δυνάμεις που ασκούνται από μια μαύρη τρύπα, αφού, όπως προαναφέραμε, δημιουργεί ένα μονόδρομο βαρυτικό πηγάδι στον χωροχρόνο.

4

   Τελειώνοντας με τις ιδιότητες των μελανών οπών, μια θεωρία που πρωτοπροτάθηκε από τον Steven Hawkings, οι μαύρες τρύπες ενδέχεται να ακτινοβολούν. Σύμφωνα με την Κβαντική φυσική, το κενό μπορεί να γεννήσει αυθορμήτως ζεύγη εικονικών σωματιδίων, τα οποία εξουδετερώνονται μεταξύ τους, πριν παρατηρηθούν. Έτσι, εάν ένα τέτοιο ζεύγος εικονικών σωματιδίων βρεθεί κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, δεν προλαβαίνει να εξουδετερωθεί και ως αποτέλεσμα αυτού το εξωτερικό σωματίδιο θα δραπετεύσει και θα γίνει πραγματικό ( από εικονικό ). Με βάση αυτό, οι μαύρες τρύπες φαίνεται να ακτινοβολούν και η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται «ακτινοβολία Hawking» ή «Hawking Radiation», άρα λόγω αυτής της πολύ αργής διαδικασίας μείωσης της ενέργειας των μαύρων τρυπών, αυτές έχουν πεπερασμένο χρόνο ζωής.

5

    Παρ” όλα αυτά οι μελανές οπές, ή αλλιώς «μαύρες τρύπες» χωρίζονται σε κάποια είδη. Το πρώτο είναι αυτό της πιο απλής μαύρης τρύπας, η οποία είναι σταθερή και έχει αμελητέα περιστροφή. Αυτές οι μαύρες τρύπες ονομάζονται «μαύρες τρύπες του Schwarzschild», καθώς ο καθηγητής Karl Schwarzschild μίλησε πρώτος γι” αυτές.

6

   Σύμφωνα με τον Schwarzschild, οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να γίνει μαύρη τρύπα, αρκεί αυτό να γίνει τόσο πυκνό,  που η ταχύτητα για να διαφύγουμε από το βαρυτικό του πεδίο είναι μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός. Το δεύτερο είδος είναι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Αυτό το είδος είναι και το πιο συχνό, διότι, εφόσον οι μαύρες τρύπες δημιουργούνται από περιστρεφόμενα γιγάντια άστρα που καταρρέουν, πρέπει να είναι κι αυτές περιστρεφόμενες.

7

   Σχετικά με αυτές τις μαύρες τρύπες έχει μιλήσει ο καθηγητής Roy Kerr, γι” αυτό και ονομάζονται «μαύρες τρύπες του Kerr». Η μεγαλύτερη και πιο ενδιαφέρουσα διαφορά της από αυτήν του Schwarzschild είναι ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα δημιουργεί έναν στροβιλισμό στον χωροχρόνο, ώστε δε δημιουργείται μια σημειακή μοναδικότητα, όπως αυτή του Schwarzschild , αλλά μία μοναδικότητα σε σχήμα δακτυλίου.

Schwarzschild Black Hole

 8

9

Ο χώρος μέσα σε αυτόν το δακτύλιο είναι μία κανονική περιοχή του χωροχρόνου, όπου θεωρητικά κάποιος μπορεί να περάσει!

Ολοκληρώνοντας την περιληπτική αυτή καταγραφή, γραμμένη με όσο το δυνατόν πιο απλό τρόπο, είναι αναγκαίο να σημειωθεί ότι δεν αποδείξαμε κανένα από τα παραπάνω στοιχεία αλλά ότι αυτά έχουν αποδειχτεί επίσημα με πολλές σειρές εξισώσεων από καθηγητές Αστροφυσικής , Κβαντικής Φυσικής κ. ά. Θέλοντας, όμως, να αναφέρουμε ένα στοιχείο που ανοίγει πολλές άλλες μεγάλες και σημαντικές θεωρίες είναι ότι οι μαύρες τρύπες ενδέχεται να είναι το κλειδί για την τέταρτη διάσταση του εντεκαδιάστατου σύμπαντός μας!

10

Το παραπάνω άρθρο δημοσιεύεται, όχι μόνο για να εμπλουτίσουμε τις γενικότερες γνώσεις σας αλλά και να δοθούν τα κατάλληλα ερεθίσματα, ώστε να ασχοληθείτε με αυτόν τον τομέα της ίδιας της ζωής και της φύσης μας, την Αστροφυσική, ενισχύοντας έτσι την επιστημονική κοινότητα και τους ενδιαφερόμενους. Και να θυμάστε πάντα ότι κομμάτι από το μέλλον μας είναι εκεί πάνω, ψηλά στο διάστημα και όχι μόνο εδώ κάτω στην ατμόσφαιρα της Γης!

( Τα παρακάτω στοιχεία της Αστροφυσικής είναι παρμένα από επιστημονικές πηγές και από ομιλίες καθηγητώνΑστροφυσικής )

 

Πηγές: Google, You Tube

Top