Einstein miał rację. Czarne dziury zdały kolejny test zgodności z ogólną teorią względności
Czarne dziury są być może najbardziej fascynującymi tworami, jakie potrafimy znaleźć we wszechświecie. Naukowcy nie ustają w próbach ich poznania i bezpośredniego udowodnienia ich istnienia w "kształcie" przewidzianym przez ogólną teorię względności.
Stephen Hawking powiedział w jednym ze swoich wykładów, że nie ma lepszego dowodu na trafność stwierdzenia, że fakty bywają dziwniejsze od fikcji, niż czarne dziury. Dla znanego fizyka są one bardziej niezwykłe niż najbardziej szalone pomysły pisarzy science fiction.
David Shukman, dziennikarz zajmujący się nauką w BBC, który wzbogacił swoimi komentarzami zbiór wykładów Hawkinga, opublikowany pod wszystko mówiącym tytułem "Czarne dziury", przywołuje pewną prostą analogię, pomagającą wyjaśnić charakter tych tworów. Porównuje je mianowicie do odpływu wanny. Horyzont zdarzeń, czyli - w uproszczeniu - obszar po przekroczeniu którego materia nie może się "wyrwać" to miejsce, z którego woda nie ma już odwrotu.
Oczywiście to bardzo niedoskonałe porównanie, choćby dlatego, że każdy z łatwością potrafi sobie wyobrazić niedrożną rurę, której zator uniemożliwia przepływanie wody. Sam Hawking z kolei porównuje horyzont zdarzeń do wodospadu Niagara i kajakarza, który dopłynął do krawędzi i nie ma szans w walce z prądem. To również tylko obrazek mający pomóc zrozumieć naturę czarnych dziur. Ta niedoskonałość naszych wyobrażeń dobrze oddaje złożoność zjawiska.
Naukowcy nadal zmagają się z zagadnieniem czarnych dziur. Wyzwanie jest spore, bo ich odkrycie to efekt równań Einsteina z ogólnej teorii względności, a nie wynik prostej obserwacji. Samo założenie teoretyczne, że istnieją obiekty, z których nie może uciec nawet światło pojawiło się już w XVIII wieku. John Michell pisał pod koniec tego wieku o ciele niebieskim, którego gęstość jest nie mniejsza niż Słońca, a średnica co najmniej 500 razy większa od naszej gwiazdy. Uczony nazwał tego typu twory "ciemnymi gwiazdami". Rozwiązanie równania Einsteina, dające podwaliny teorii czarnych dziur zaproponował w 1916 r. Karl Schwarzschild. W 1967 r. John Wheeler ukuł nazwę zjawiska używaną do dziś.
Właściwość wynikająca z istnienia horyzontu zdarzeń w praktyce przekłada się na dość nieprzyjemną dla nauki konsekwencję. O próbie sfotografowania czarnej dziury pisał niedawno na łamach Spider's Web Tomasz Domański.
A co, jeśli czarne dziury nie istnieją?
Naukowcy uważają, że w centrach większości galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury. Badacze z University of Texas i Harvardu postawili sobie za cel, by znaleźć obserwacyjne dowody istnienia horyzontu zdarzeń. Przyjęli przy tym ciekawe i dość przewrotne założenie. Rozważali możliwość, że w środku galaktyk zamiast czarnych dziur istnieją supermasywne twory, które nie zapadły się pod wpływem grawitacji i nie powstała tym samym osobliwość, czyli punkt o nieskończonej gęstości i energii. Takie założenie powstało wcześniej i wymagało korekty w teorii Einsteina.
Idąc tym tropem zaczęli rozważać, jak wyglądałoby oddziaływanie tego typu tworów z innymi obiektami. W przeciwieństwie do czarnych dziur miałyby one twardą powierzchnię. Gwiazdy znajdujące się w pobliżu nie zostałyby zatem "wessane", ale rozbiłyby się o nie.
Czyniąc tego typu założenie badacze zaczęli analizować dane zebrane podczas programu Pan-STARRS i pochodzące z hawajskich teleskopów. Wzięli na tapetę najbardziej masywne czarne dziury, ważące ponad 100 mln mas Słońca. Szukali gwiazd "spadających" na czarne dziury. Z wyliczeń wynikało, że powinni wykryć więcej niż dziesięć tego typu zjawisk.
Nie udało się znaleźć takich specyficznych oddziaływań. Zdaniem naukowców dowodzi to, że czarne dziury posiadają horyzont zdarzeń, materia dosłownie znika w tej nierównej walce z grawitacją, a ogólna teoria względności zdała kolejny egzamin. To oczywiście nie koniec badań. Kolejnych danych ma dostarczyć budowany w Chile Large Synoptic Survey Telescope.
Czarne dziury jeszcze długo będą przedmiotem badań naukowców. Trudności w ich poznaniu tworzą pole dla kolejnych teorii. Wspomniany na początku Stephen Hawking zupełnie poważnie zauważa na przykład, że czarne dziury nie są tak czarne, jak myślimy. "Jeżeli zatem czujesz, że jesteś w czarnej dziurze, nie poddawaj się - zawsze jest jakieś wyjście!" - żartował profesor.
* Zdjęcie główne: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab
** Cytat z wykładu Stephena Hawkinga na podstawie książki "Czarne dziury" w tłumaczeniu Jacka Bieronia, wydanej przez wydawnictwo Zysk i S-ka.
