Găurile negre - cele mai misterioase obiecte din Univers

Dintre toate interacţiunile existente în Univers, gravitaţia este cea mai slabă şi prima care a primit o descriere cât de cât exactă a modului în care acţionează în natură. Efectele gravitaţiei sunt semnificative în designul Universului şi al naturii terestre. Forma planetelor, traiectoriile lor şi ale tuturor celorlalte corpuri cereşti, forma şi mişcarea galaxiilor, structura crustei terestre şi multe dintre fenomenele geofizice sunt determinate îndeaproape de interacţiunea gravitaţională. Mai mult, astrofizica a arătat că stelele nu sunt altceva decât gaz comprimat la densităţi imense de către gravitaţie. Ea creşte densitatea materiei în miezul stelelor, comprimând gazul atât de mult, încât devin posibile reacţiile nucleare de fuziune. Acestea se produc la temperaturi enorme şi declanşează arderea şi strălucirea stelelor.

Găurile negre sunt cele mai misterioase corpuri dintre cele cunoscute în prezent în Univers. În acelaşi timp sunt, prin excelenţă, opera gravitaţiei. Iniţial, s-a considerat faptul că găurile negre provin doar din stelele masive, care şi-au epuizat materialul nuclear şi nu mai pot să întreţină arderea internă. Scăderea temperaturilor din miezul aştrilor mari duce la scăderea presiunii, ceea ce face ca steaua să nu mai poată compensa comprimările gravitaţionale foarte mari. Steaua implodează, adică se prăbuşeşte în interiorul ei cu o viteză foarte mare. Aceasta conduce mai apoi la o explozie gigantică (supernovă) care pulverizează în spaţiul cosmic cea mai mare parte din materialul stelar. De multe ori, în urma acestor explozii gigantice, din resturile exploziei se formează o gaură neagră. Densitatea acestui nou corp este atât de mare, încât nici măcar razele de lumină nu pot scăpa de gravitaţia ei. Orice se apropie de acest corp întunecat va fi absorbit cu o viteză extraordinară, şi înghiţit definitiv.

Observaţiile au pus în valoare faptul că găurile negre pot apărea şi în alte condiţii. Un tip calitativ diferit de găuri negre sunt produse prin colapsul gravitaţional al gazului aflat în centrul galaxiilor, în special al celor de dimensiuni mari, cum este cea a Căii Lactee. Aceste găuri negre sunt supermasive, depăşind de milioane sau chiar de un miliard de ori masa soarelui!

Cu toate că găurile negre sunt singularităţi - să le spunem un fel de obiecte -limită din perspectiva intrumentelor cu care lucrează teoria - predicţiile Relativităţii Generale le anunţă ca obiecte astrofizice extrem de simple, ce pot fi descrise doar de doi parametri, masa şi viteza de rotaţie. În prezent, toate aceste găuri negre macroscopice acoperă un interval extrem de vast de la cele mai mici, de câteva mase solare, până la cele gigantice, ce depăşesc un miliard de mase solare.

Găuri negre fabricate în laborator

Încă din anii ’70, cunoscutul fizician Stephen Hawking a investigat mecanisme care ar fi putut genera apariţia găurilor negre în Universul timpuriu. Potrivit teoriei Big Bang, în trecut, Universul avea dimensiuni cu mult mai reduse. Aceasta înseamnă, printre altele, faptul că, cu mai multe miliarde de ani în urmă, densitatea a fost cu mult mai mare. Potrivit calculelor, densitatea materiei din Univers, la câteva microsecunde după Big Bang, este estimată la valori mai mari chiar decât cele din miezul nucleelor atomice.

Plecând de la aceste consideraţii, alţi cercetători cred că, în acceleratoare de particule, prin coliziuni controlate, s-ar putea produce astfel de găuri negre cuantice. Aceasta ar reprezenta cu siguranţă atingerea unei noi frontiere în cunoaşterea structurii materiei din Univers. Secole la rând, cercetarea fizicii a însemnat cu precădere coborârea observaţiei la scară din ce în ce mai mică în structura materiei sau, dimpotrivă, investigaţii la scară din ce în ce mai mare a Universului, toate desfăşurate în interiorul acestui spaţiu tridimensional. Atingerea unui astfel de prag ar însemna începutul unei alte călătorii, în geografia complet nouă a altor dimensiuni.

▲ Steaua devorată de o gaură neagră

Măsurătorile efectuate asupra radiaţiilor provenind de la o gaură neagră rotitoare arată că aceasta generează o amprentă distinctă, o anumită structură complexă şi stabilă a spaţiu-timpului, care afectează mişcarea materiei aspirate.

Gaura neagră ce a furnizat descoperirile remarcabile se află la o distanţă de mai bine de 10.000 de ani lumină de Pământ. Corpul este de aproape şapte ori mai masiv decât Soarele şi este însoţit de o stea, care îi furnizează material stelar în permanenţă, aspirat de către gaura neagră. Gazul aspirat de la steaua-companion nu este imediat înghiţit de gaura neagră. El este capturat într-o vecinătate largă a ei, formând un disc de acreţie. Procesul de acumulare de material în discul de acreţie continuă câţiva ani. În timpul acumularii, în mod inexplicabil, gaura neagră nu consumă decât foarte puţină materie din acest disc. O dată la câţiva ani, însă, gaura neagră trece peste această restricţie de consum, aspirând, în câteva luni, toată rezerva de materie acumulată în disc. În această perioadă de consum intens, sunt emise radiaţii X de milioane de ori mai intense decât în perioada restricţiei.

▲ Găuri negre în rotaţie

Potrivit observaţiilor, unele găuri negre macroscopice sunt statice, iar altele prezintă mişcare de rotaţie, fiind numite şi găuri negre cu spin sau spinoriale. Teoria afirmă că, în cazul găurilor negre non-rotative, zona de spaţiu de unde nu mai poate evada nici un semnal este o suprafaţă sferică ce îmbracă vecinătatea găurii negre. În această vecinătate, spaţiul însuşi este curbat. Interesant este faptul că, în cazul găurilor negre spinoriale (mai des întâlnite în Univers), orizontul evenimentului arată într-un mod diferit şi surprinzător.

▲ Explozia de 80 de secunde

În 15 iunie 2007 o echipă de astronomi din Canada, Franţa şi Statele Unite ale Americii au anunţat descoperirea celei mai îndepărtate găuri negre din Univers, la o distanţă de 13 miliarde de ani lumină de Pământ, foarte aproape de marginea Universului vizibil.

Utilizând observaţiile în spectru X, a fost confirmată existenţa unei găuri negre supermasive în centrul galaxiei noastre, estimată la aproximativ 2,6 milioane de mase solare! Pe de altă parte, utilizând metode similare de detectare, s-a putut constata faptul că, în zona vizibilă a bolţii cereşti, există foarte multe găuri negre. Au fost identificate aproximativ 600 de surse de radiaţii X care, foarte probabil, sunt indici pentru tot atâtea găuri negre. Plecând de la acest rezultat, se estimează că, pe întreg cuprinsul cerului, există mai bine de 300 de milioane de găuri negre.

Tot de o gaură neagră se leagă şi recordul de observaţie în trecutul (spaţiul cel mai îndepărat al) Universului. Cea mai veche explozie din Univers, detectată în urmă cu un an, a fost estimată că s-a produs când Universul avea doar 500 de milioane de ani (maxim un miliard de ani)! Observaţia oferă date despre o stea care a explodat în acea perioadă, o stea foarte mare care „a trăit“ se pare şi foarte puţin. Explozia stelei a durat aproximativ 80 de secunde şi a generat una dintre cele mai vechi găuri negre detectate până acum.