Črne luknje: strašljiv kraj, kjer zakoni narave ne veljajo

Črna luknja je izjemno masovno nebesno telo, ki ima zelo močno gravitacijsko silo. Njenemu gravitacijskemu polju ne morejo uiti ne delci ne elektromagnetno valovanje, kot je svetloba. Vsako veliko telo vleče k sebi drugo telo, to drugo telo pa potrebuje dovolj veliko hitrost, da mu "pobegne". Raketa na Zemlji tako npr. potrebuje hitrost najmanj 11,2 km/s, da jo zapusti. Večja ko je masa telesa, večja je tudi njegova ubežna hitrost. Luna ima ubežno hitrost 2,4 km/s, Sonce 617,5 km/s, črna luknja pa je tako velika, da je njena ubežna hitrost, kot rečeno, večja od hitrosti svetlobe, ki so ji namerili 299792,458 km/s.

Fizik Stephen Hawking je s sodelavci ugotovil, da črne luknje niso tako črne, kot se morda zdi. Še več, ugotovil je, da celo sevajo. O nebesnih telesih s tako močnim gravitacijskim poljem, da jim ne more uiti niti svetloba, so sicer začeli razmišljati že v 18. stoletju. A do nedavnega so bile črne luknje matematična uganka. Niti avtor splošne teorije relativnosti Albert Einstein ni verjel v obstoj teh teles. Potrdil pa ga je Britanec Roger Penrose, ki je leta 1965 z inovativno matematično metodo dokazal, da se črne luknje lahko oblikujejo in da njihov obstoj potrjuje tudi splošna teorija relativnosti. Opisal je, da črne luknje skrivajo točko singularnosti, kjer ne velja prav noben znan zakon narave. Članek tega nobelovca velja še danes za enega najpomembnejših prispevkov k splošni teoriji relativnosti po Einsteinu.

Eno črno luknjo premore tudi naša galaksija, Rimska cesta, njen obstoj pa sta v devetdesetih letih 20. stoletja potrdila nobelovca Nemec Reinhard Genzel in Američanka Andrea Ghez. In čeprav imajo črne luknje velik "apetit", Zemlje ne bo kar posesalo vanjo, saj je naš planet predaleč. Za črne luknje in ostala telesa namreč velja, da sila teže upada s kvadratom razdalje. Čim dlje ko gremo, tem manj torej čutimo privlačno silo.

Točka brez vrnitve ali točka pod dogodkovnim obzorjem/horizontom je meja, od koder črni luknji ni več mogoče pobegniti. Tu niti svetloba ni več dovolj hitra, da bi še lahko ubežala njeni težnosti. Te meje same po sebi ne moremo videti, kajti črnina v notranjosti ni horizont oz. tega ni mogoče videti. Je pa neke vrste senca.

Črna luknja je ''samo'' umrla zvezda. Po najbolj razširjeni teoriji nastanejo črne luknje takrat, ko veliki zvezdi na koncu življenjske dobe zmanjka goriva in se ta začne sesedati sama vase. Zatem lahko začne goltati druge zvezde in rasti, lahko pa se tudi združi z drugimi črnimi luknjami. Tako nastajajo supermasivne črne luknje, ki so v središču praktično vseh galaksij. Z absorpcijo drugih zvezd (in drugih črnih lukenj) so nastale črne luknje, ki imajo maso več milijonov naših Sonc.

Za nastanek črne luknje se mora zvezda najprej roditi. Njena življenjska doba je deset milijard let, nato pa ostane brez vodika. Ker ima helij večjo maso od vodika, se zvezda zaradi gravitacije še dodatno stisne in postane še bolj vroča, tako da se začne helij pretapljati v težje atome, dokler se ne pretvori v železo in zvezda ne eksplodira oz. nastane supernova (eksplozija na koncu življenjske dobe zvezde). Njen ostanek lahko postane nevtronska zvezda (strnjeno jedro ostanke ogromne zvezde), in če je ta trikrat težja od Sonca, se začne sesedati sama vase in nastane črna luknja, ki začne požirati nebesna telesa ter postaja vse večja in močnejša.

Zemlja bi se v črno luknjo spremenila samo, če bi jo stisnilo na velikost frnikole, Sonce pa, če bi se sesedlo v kroglo, manjšo od treh kilometrov. Šele tedaj bi bila težnost na površju tako velika, da niti svetlobi ne bi uspelo pobegniti.

Supermasivne črne luknje imajo maso več milijard naših Sonc in so v središču galaksij, kjer je veliko zvezd.

Prvo fotografijo črne luknje smo dočakali leta 2019. Čeravno se črne luknje po definiciji ne da opazovati, saj ji svetloba ne pobegne, je na posnetku vidna svetloba, ki se je za mišjo dlako izognila ''temni usodi''. Njen premer znaša kar deset milijard kilometrov, kar je več od našega Osončja oz. pribl. 6,5 milijarde Sončevih mas. Ločljivost fotografije in podrobnosti na njej so takšne, kot če bi iz Ljubljane opazovali milimeter ali celo manj veliko zrno v New Yorku, je pred leti pojasnil profesor s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani Tomaž Zwitter. Fotografija je posnetek stanja, ki je v vesolju vladalo pred 55 milijoni let, ko se na Zemlji še izumirali dinozavri.

Črna luknja je zlovešče zveneče ime dobila zaradi dejstva, da njeni težnosti ne more uiti niti svetloba. V teoriji sicer ne gre za luknjo. Besedno zvezo ''črna luknja'' (angl. black hole) je prva uporabila Ann Ewing v članku ''Black Holes' in Space'', in sicer 18. januarja 1964, potem ko je poročala o srečanju Ameriške zveze za napredek znanosti (AAAS). Termin zmotno pripisujejo ameriškemu fiziku Johnu Archibaldu Wheelerju, ki je ta izraz uporabil na predavanju leta 1967. Zgostitev mase, kar je v astrofiziki črna luknja, so pred tem imenovali "gravitacijsko popolnoma kolapsirana zvezda oz. telo" (gravitationally completely collapsed star/object). Izraz "črna luknja" je kmalu dobil vsesplošno veljavo, zanjo pa sta se svojčas uporabljala tudi izraza "kolapsar" in "črvina" (wormhole), a ne v današnjem pomenu besede. Nekateri strokovnjaki menijo, da črne luknje ustvarjajo prehode v druga vesolja (črvine), najbolj drzne teorije pa pravijo, da bi lahko po teh črvinah potovali v času.

Prvo črno luknjo smo v praksi zaznali leta 1971.

Splošna teorija relativnosti predpostavlja, da s prostim očesom ne moremo zaznati prav nobene snovi ali informacije, ki bi zapustila notranjost črne luknje. Vanjo se ne da posvetiti s svetilko in od zunaj se ne da dokopati do podatkov o snovi, ki jo je pogoltnila.

Glede na nastanek in maso poznamo več vrst črnih lukenj, in sicer mikročrne (tudi kvantnomehanske črne) luknje, prvobitne (tudi promordialne) črne luknje, ki naj bi nastale že med prapokom, pa zvezdne (tudi stelarne) črne luknje, ki so končna oblika razvoja zelo masivnih zvezd, srednje težke črne luknje, ki naj bi bile posledica trkov zvezd, in supermasivne črne luknje, ki so luknje z maso, enako nekaj milijonom oz. milijardam mase Sonca.

Zrcalna slika črne luknje se imenuje bela luknja, ta pa v nasprotju s črno, ki vse za vedno posrka vse, vse izvrže.