Bolje razumijevanje crnih rupa moglo bi revolucionirati naše razumijevanje fizike, no zbog njihove tajanstvene prirode teško ih je promatrati.
POGLEDAJTE VIDEO: Zvuk crne rupe
Čudnovatost crnih rupa izaziva zaprepaštenje. Crne rupe, koje se stvaraju nakon što zvijezda potroši sve svoje gorivo i uruši se pod vlastitom gravitacijom, tako su čudne da je svojevremeno čak i Einstein smatrao da nisu moguće.
U svemiru postoje područja tako jake gravitacije da čak niti svjetlost ne može pobjeći. Nakon što se veličanstvene sjajne zvijezde ugase i svedu na razmjerno malenu ljušturu, sva njihova masa koncentrirana je na malenom prostoru. Zamislite da se naše Sunce, kojemu je promjer otprilike 1,4 milijuna kilometara, smanji na crnu rupu veličine omanjeg grada promjera samo šest kilometara. Takva kompaktnost crnim rupama daje ogromnu gravitacijsku privlačnost.
Crne rupe zarobljavaju svjetlost, no osim toga mogu uništiti zvijezde koje susretnu, a čak se mogu i stopiti jedna s drugom. Događaji poput tih oslobađaju izboje energije koje je moguće otkriti milijardama svjetlosnih godina daleko. Nobelovu nagradu za fiziku za 2020. podijelili su znanstvenici koji su otkrili nevidljivi objekt u srcu Mliječne staze koji privlači zvijezde prema sebi. To je supermasivna crna rupa, zvana SMBH, a masa joj je milijunima puta veća od mase našeg Sunca.
- Smatramo da se u srcu svake masivne galaksije nalazi supermasivna crna rupa. Također smatramo da one imaju vrlo važnu ulogu u tome kako nastaju galaksije, uključujući i Mliječnu stazu - kaže astrofizičar dr. Kenneth Duncan iz Kraljevske zvjezdarnice u Edinburghu u Ujedinjenoj Kraljevini.
Galaktička čudovišta
Supermasivne crne rupe gravitacijska su čudovišta Svemira.
- Crne rupe u središtu galaksija mogu imati od milijun do nekoliko milijardi puta veću masu od našeg Sunca - kaže profesor Phillip Best, astrofizičar na Sveučilištu u Edinburghu.
One privlače plin i prašinu iz svog okruženja, čak i objekte velike poput zvijezda. Netom prije no što taj materijal upadne prema horizontu događaja crne rupe, odnosno prema točki bez povratka, kreće se sve brže i zagrijava se, ispuštajući energiju u vidu energetskih bljeskova. Snažni izboji materijala koji odašilju radio valove također mogu sukljati iz ovog procesa gutanja.
Njih je moguće detektirati na Zemlji s pomoću radio teleskopa poput europskog sustava LOFAR, koji ima detektore u UK, Irskoj, Francuskoj, Nizozemskoj, Njemačkoj, Švedskoj, Poljskoj i Latviji.
Duncan prati opažanja sustava LOFAR u sklopu projekta HIZRADkako bi identificirao masivne crne rupe.
- Možemo otkriti rastuće crne rupe još dalje u prošlosti, a cilj nam je pronaći prvu i neke od najekstremnijih crnih rupa u Svemiru - kaže Duncan.
Sustavom LOFAR moguće je pronaći čak i skrivene crne rupe. Duncan se koristio tehnikama umjetne inteligencije za kombiniranje podatke iz sustava LOFAR i teleskopskih istraživanja kako bi identificirao objekte koji ga zanimaju.
Bolji instrumenti
Uskoro će mu u tom zadatku pomoći bolji instrumenti. Nadogradnja teleskopa William Herschel Telescope u La Palmi u Španjolskoj omogućit će istovremeno promatranje tisuća galaksija. Spektroskop WEAVE ima potencijal otkrivanja supermasivnih crnih rupa i promatranja stvaranja zvijezda i galaksija.
Radiosignali ukazuju da supermasivne crne rupe postoje još od prvih 5 - 10 posto povijesti Svemira. Njihova masa iznosi milijardu sunčevih masa, objašnjava Best, koji nadzire to istraživanje.
Iznenađuje što su ti divovi postojali u ranim fazama postojanja Svemira.
- Morate nekako svu tu masu sažeti u vrlo malen obujam i učiniti to ekstremno brzo, kad govorimo u okvirima povijesti Svemira - kaže Best.
Znamo da je nakon Velikog praska Svemir započeo postojanje kao šireći oblak primordijalne tvari. Studije svemirskog pozadinskog zračenja ukazuju da su se nakupine tvari naposljetku spojile i formirale zvijezde. Međutim, 'proces kojim se formira crna rupa veličine milijardu sunčevih masa ne razumijemo u potpunosti', kaže Best.
Crne rupe srednje mase
Paralelno sa studijama u sklopu kojih se proučavaju supermasivne crne rupe, dr. Peter Jonker, astronom na Sveučilištu Radboud u Nijmegenu u Nizozemskoj, zaintrigiran je stvaranjem crnih rupa srednje mase.
On proučava moguće postojanje crnih rupa srednje mase (IMBH) u sklopu projekta imbh. Primjećuje da se supermasivne crne rupe promatraju iz vremena kad je Svemir bio star samo 600 milijuna godina. Znanstvenici procjenjuju da je svemir star otprilike 13,8 milijardi godina.
- Svemir je započeo svoje postojanje kao homogena juha materijala, pa kako se onda u vrlo kratkom vremenu mogu stvoriti nakupine mase milijardu puta veće od mase sunca? - pita se Jonker.
I dok supermasivne crne rupe mogu suncolike zvijezde (nazvane bijelim patuljcima) progutati u cijelosti, IMBH bi trebale imati taman dovoljno snage da ih samo rastrgaju, odašiljući bljesak energije.
- Kad je rastrgana kompaktna zvijezda, bijeli patuljak, mogu je rastrgati samo crne rupe srednje mase. Supermasivne crne rupe pojedu ih cijele - kaže Jonker. Postoje snažne indikacije da crne rupe srednje mase postoje, no još uvijek nema dokaza za to.
On je u potrazi za bljeskovima intenzivne energije X-zraka koje ukazuju na prisutnost crne rupe srednje mase. Problem je što, kad se signal otkrije, intenzivni bljeskovi traju samo nekoliko sati. To znači da podaci stižu prekasno da bi okrenuli optičke teleskope prema izvoru radi promatranja.
- To se u pojedinoj galaksiji događa jednom u 10.000 godina, stoga to još nismo vidjeli u našoj Mliječnoj stazi - kaže Jonker.
Jonker također nastoji promotriti očekivani ishod vrtnje i stapanja dvaju crnih rupa, koje potom odašilju gravitacijski val koji pogađa obližnje zvijezde. Međutim, da bismo primijetili pomicanje tih zvijezda potrebni su nam snažni teleskopi u svemiru.
Bljeskovi X-zraka
Satelit Gaia, lansiran 2013., donekle pomaže u tome, no u sklopu planirane misije pod nazivom Euclid snimit će se fotografije u višoj rezoluciji koje bi Jonkeru mogle pomoći dokazati postojanje crnih rupa srednje mase. Taj je satelit trebao biti lansiran na ruskoj raketi, no sad će biti lansiran s kraćom odgodom na europskoj raketi Ariane 6. Pored toga, maleni satelit, kineski Einstein Probe, trebao bi biti lansiran 2023., a tražit će bljeskove energije X-zraka koji bi mogli označivati crne rupe srednje mase. Duncan u Edinburghu kaže da se potraga za crnim rupama srednje mase uklapa u njegovu potragu.
- To bi nam potencijalno moglo pomoći da damo odgovor na pitanje kako su nastale supermasivne crne rupe - kaže on.
Sada se fizičari oslanjaju na kvantnu teoriju i Einsteinove jednadžbe da bi opisali kako Svemir funkcionira. Međutim, to ne može biti konačna verzija, jer se ne poklapaju najbolje.
- Teorija gravitacije pada u vodu u blizini crne rupe te ako je dobro promotrimo, naša očekivanja su da ćemo otkriti odstupanja od te teorije i ostvariti važan napredak u razumijevanju fizike - kaže Jonker.