![\"\"](\"https:\/\/evolutionandsecurity.com\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/czarna-dziuraai-generated-8723802_1280-1024x574.webp\")
<\/p>\n<\/p>\n
By Adrian Cho<\/strong>, Science, Jan 7,2021, translated by Marta Kobla\u0144ska, January 2021, Photo: czarna dziura, obraz wygenerowany przez AI, Kyraxys<\/strong>, Pixabay<\/p>\n Cho\u0107 brzmi to jak fantastyka, czarne dziury s\u0105 we Wszech\u015bwiecie. I cho\u0107 wielu fizyk\u00f3w by\u0142o sceptycznych wobec pojawiaj\u0105cych si\u0119 coraz to nowych teorii dotycz\u0105cych ich natury i istnienia , to jednak nie mog\u0105 zaprzeczy\u0107 obserwacjom teleskopowym.<\/span><\/span><\/strong><\/p>\n Podczas pracy nad swoim doktoratem we wczesnych latach 70. Saul Teukolsky<\/strong> rozwi\u0105za\u0142 problem, kt\u00f3ry wydawa\u0142 si\u0119 by\u0107 czysto hipotetyczny. Jaki? Wyobra\u017a sobie czarn\u0105 dziur\u0119, upiorny w\u0119ze\u0142 grawitacji, kt\u00f3ry formuje si\u0119 w\u00f3wczas, kiedy wielkie gwiazdy ulegaj\u0105 wyczerpaniu i wpadaj\u0105 w niesko\u0144czenie ma\u0142y punkt. Przypuszczalnie mo\u017cesz ten proces zak\u0142\u00f3ci\u0107 w spos\u00f3b podobny do uderzenia w dzwon. Jak odpowiada czarna dziura? <\/span><\/span><\/p>\n Teukolsky<\/strong>, w\u00f3wczas student studi\u00f3w magisterskich w California Institute of Technology, zaatakowa\u0142 ten problem przy u\u017cyciu o\u0142\u00f3wka, papieru oraz teorii grawitacji Alberta Einsteina<\/strong> \u2013 teorii wzgl\u0119dno\u015bci. Odkry\u0142, \u017ce podobnie jak w przypadku dzwonu, drgania czarnej dziury dotyczy\u0142yby g\u0142\u00f3wnie cz\u0119stotliwo\u015bci oraz wielu rodzaj\u00f3w d\u017awi\u0119k\u00f3w harmonicznych. Drgania szybko znika\u0142yby, gdy czarna dziura promieniowa\u0142aby falami grawitacyjnymi \u2013 pulsacyjnie w strukturze samej przestrzeni. \u2013 To by\u0142 s\u0142odki problem\u2013 m\u00f3wi Teukolsky teraz pracownik Cornell University<\/strong>. – I by\u0142 zupe\u0142n\u0105 abst<\/span><\/span>r<\/span><\/span>akcj\u0105 jeszcze pi\u0119\u0107 lat wstecz. <\/span><\/span><\/p>\n W lutym 2016 roku eksperymentatorzy z obserwatorium Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)<\/strong>, w kt\u00f3rych w Luizjanie i Waszyngtonie umieszczono par\u0119 pot\u0119\u017cnych instrument\u00f3w zaraportowali pierwsz\u0105 obserwacj\u0119 przelotnych fal grawitacyjnych, wyemitowanych przez dwie czarne dziury, obie oko\u0142o 30-krotnie wi\u0119ksze od S\u0142o\u0144ca, wchodz\u0105cych w siebie ruchem spiralnym w oddaleniu o 1,3 mld lat \u015bwietlnych. LIGO zarejestrowa\u0142 nawet \u201cdzwonienie w d\u00f3\u0142\u201d: drgania <\/span><\/span>masywniejszej<\/span><\/span><\/span> czarnej dziury powsta\u0142ej w wyniku fuzji. Stara teza Teukolskiego sta\u0142a si\u0119 nagle prze\u0142omem w fizyce. <\/span><\/span><\/p>\n – My\u015bl, \u017ce to co robi\u0142em, b\u0119dzie mia\u0142o kiedykolwiek wp\u0142yw na rzeczy mierzalne jeszcze podczas mojego \u017cycia, by\u0142a tak bardzo niedorzeczna, \u017ce ostatnie pi\u0119\u0107 lat wydawa\u0142y si\u0119 by\u0107 \u017cyciem jak w \u015bwiecie snu – m\u00f3wi Teukolsky. – Musz\u0119 si\u0119 uszczypn\u0105\u0107, bo to nie wydaje si\u0119 rzeczywiste.<\/span><\/span><\/p>\n Cho\u0107 mo\u017ce wydawa\u0107 si\u0119 to fantastyk\u0105, naukowcy mog\u0105 obecnie bada\u0107 czarne dziury jako rzeczywiste obiekty. Detektory fal grawitacyjnych wykry\u0142y cztery tuziny fuzji czarnych dziur odk\u0105d prze\u0142omowe odkrycie LIGO zosta\u0142o poczynione. W kwietniu 2019 roku, w wyniku wsp\u00f3\u0142pracy mi\u0119dzynarodowej teleskop zwany Event Horizon Telescope (EHT)<\/strong> wyprodukowa\u0142 pierwszy obraz czarnej dziury. Poprzez ustawienie radioteleskop\u00f3w na ca\u0142ym globie na ogromn\u0105 czarn\u0105 dziur\u0119 w sercu bliskiej galaktyki Messier 87 (M87)<\/strong>, EHT zarejestrowa\u0142 obraz ognistego pier\u015bcienia gor\u0105cego gazu otaczaj\u0105cego atramentowy \u201ccie\u0144\u201d czarnej dziury. <\/span><\/span>W mi\u0119dzyczasie<\/span><\/span><\/span> astronomowie obserwuj\u0105 gwiazdy, kt\u00f3re zbli\u017caj\u0105 si\u0119 do czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki, pod\u0105\u017caj\u0105c szlakami, kt\u00f3re mog\u0105 zawiera\u0107 klucze dotycz\u0105ce natury samej czarnej dziury. <\/span><\/span><\/p>\n Obserwacje stanowi\u0105 wyzwanie dla astrofizyk\u00f3w i ich za\u0142o\u017ce\u0144 na temat tego, jak formuj\u0105 si\u0119 czarne dziury oraz jak wp\u0142ywaj\u0105 na swoje otoczenie. Mniejsze wykryte przez LIGO <\/span><\/span>oraz<\/span><\/span><\/span> europejski detektor fal grawitacyjnych VIRGO<\/strong> we W\u0142oszech, udowadniaj\u0105, \u017ce s\u0105 ci\u0119\u017csze i bardziej zr\u00f3\u017cnicowane ni\u017c oczekiwano. To za\u015b wystawia dotychczasowe osi\u0105gni\u0119cia astrofizyk\u00f3w na pr\u00f3b\u0119 w kontek\u015bcie zrozumienia z czego mog\u0105 powstawa\u0107 wielkie gwiazdy. A \u015brodowisko skupione wok\u00f3\u0142 super wielkiej czarnej dziury w naszej Galaktyce wydaje si\u0119 zaskakuj\u0105co p\u0142odne, wytwarzaj\u0105c m\u0142ode gwiazdy, co do kt\u00f3rych nie oczekiwano, \u017ce si\u0119 uformuj\u0105 w takim zamieszaniu. Jednak niekt\u00f3rzy naukowcy czuj\u0105 si\u0119 w obowi\u0105zku zadania pytania bardziej fundamentalnego: Czy czarne dziury przewidziane teori\u0105 Einsteina s\u0105 rzeczywi\u015bcie widoczne?<\/span><\/span><\/p>\n Niekt\u00f3rzy teoretycy twierdz\u0105, \u017ce odpowied\u017a najprawdopodobniej brzmi \u201etak\u201d. \u2013 Nie my\u015bl\u0119, \u017ce z tych obserwacji dowiemy si\u0119 czego\u015b wi\u0119cej o samej og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci lub o teorii czarnych dziur – m\u00f3wi Robert Wald,<\/strong> teoretyk grawitacji z Uniwersytetu w Chicago.<\/span><\/span><\/p>\n Inni ju\u017c nie s\u0105 tego tak pewni. – Czy czarne dziury s\u0105 dok\u0142adnie takie same jak mo\u017cna oczekiwa\u0107 przy uwzgl\u0119dnieniu teorii wzgl\u0119dno\u015bci, czy s\u0105 r\u00f3\u017cne? \u2013 pyta Clifford Will<\/strong>, teoretyk grawitacji z Uniwersytetu Floryda. – To wydaje si\u0119 by\u0107 g\u0142\u00f3wn\u0105 si\u0142\u0105 przysz\u0142ych obserwacji. Jakiekolwiek anomalie wymaga\u0142yby przemy\u015blenia teorii Eisteina, kt\u00f3ra jak podejrzewaj\u0105 fizycy, nie jest ostatecznym s\u0142owem je\u015bli chodzi o grawitacj\u0119, jako \u017ce nie pasuje do innego punktu milowego wsp\u00f3\u0142czesnej fizyki, mechaniki kwantowej. <\/span><\/span><\/p>\n – Wykorzystuj\u0105c r\u00f3\u017cnorakie techniki, badacze ju\u017c pozyskuj\u0105 r\u00f3\u017cne, uzupe\u0142niaj\u0105ce si\u0119 spojrzenia na te dziwne obiekty \u2013 m\u00f3wi Andrea Ghez<\/strong>, astrofizyk z Uniwersytetu w Kaliforni, kt\u00f3ra razem z Rogerem Penrose<\/strong>, <\/span><\/span>oraz<\/span><\/span><\/span> Reinhardem Genzel<\/strong> w 2020 roku otrzyma\u0142a nagrod\u0119 Nobla w dziedzinie fizyki za wydedukowanie istnienia ogromnej czarnej dziury w sercu naszej Galaktyki. – Przed nami nadal d\u0142uga droga do z\u0142o\u017cenia w ca\u0142o\u015b\u0107 kompletnego obrazu – m\u00f3wi \u2013 cho\u0107 z pewno\u015bci\u0105 uzyskujemy coraz wi\u0119cej element\u00f3w tej uk\u0142adanki. <\/span><\/span><\/p>\n Sk\u0142adaj\u0105ca si\u0119 z czystej energii grawitacyjnej, czarna dziura jest kul\u0105 przeciwno\u015bci. Nie zawiera materii, ale jak kula do kr\u0119gli, posiada mas\u0119 i potrafi obraca\u0107 si\u0119. Nie ma powierzchni, ale ma rozmiar. Zachowuje si\u0119 jak okaza\u0142y, ci\u0119\u017cki obiekt, ale w rzeczywisto\u015bci jest tylko osobliwo\u015bci\u0105 przestrzeni.<\/span><\/span><\/p>\n Tak przynajmniej m\u00f3wi teoria wzgl\u0119dno\u015bci, kt\u00f3r\u0105 Einstein opublikowa\u0142 w 1915 roku. Dwa wieki wcze\u015bniej, Isaak Newton przypuszcza\u0142, \u017ce grawitacja to si\u0142a, kt\u00f3ra w jakich\u015b spos\u00f3b jest obecna w przestrzeni, w celu przyci\u0105gania do siebie masywnych obiekt\u00f3w. Einstein poszed\u0142 dalej i argumentowa\u0142, \u017ce grawitacja pojawia si\u0119 poniewa\u017c masywne obiekty takie jak gwiazdy i planety zakrzywiaj\u0105 przestrze\u0144 i czas, a dok\u0142adniej czasoprzestrze\u0144, powoduj\u0105c, \u017ce trajektorie swobodnie spadaj\u0105cych obiekt\u00f3w zakrzywiaj\u0105 si\u0119 w, powiedzmy, \u0142uk paraboli podobnie jak rzucana kula.<\/span><\/span><\/p>\n Wczesne przewidywania og\u00f3lnej wzgl\u0119dno\u015bci r\u00f3\u017cni\u0142y si\u0119 jedynie nieznacznie od tych z teorii Newtona<\/strong>. Tam, gdzie Newton przewidywa\u0142, \u017ce planeta powinna okr\u0105\u017ca\u0107 gwiazd\u0119 po elipsie, og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci przewiduje, \u017ce orientacja elipsy powinna nieznacznie wzrosn\u0105\u0107 lub podda\u0107 si\u0119 precesji w stosunku do ka\u017cdej orbity. Przy pierwszym triumfie teorii, Einstein wykaza\u0142, \u017ce przek\u0142ada\u0142a si\u0119 ona na wcze\u015bniej niewyja\u015bnion\u0105 precesj\u0119 orbity planety Merkury. Po latach fizycy zdali sobie spraw\u0119, \u017ce teoria ta r\u00f3wnie\u017c zak\u0142ada co\u015b daleko bardziej radykalnego. <\/span><\/span><\/p>\n W roku 1939 teoretyk Robert Oppenheimer<\/strong> wraz z zespo\u0142em obliczy\u0142, \u017ce kiedy nast\u0119puje wypalenie odpowiednio wielkiej gwiazdy \u017cadna znana si\u0142a nie <\/span><\/span>mo\u017ce powstrzyma\u0107<\/span><\/span><\/span> zapadni\u0119ciu si\u0119 jej j\u0105dra do niesko\u0144czenie ma\u0142ego punktu. Taka gwiazda zostawia przy tym za sob\u0105 swoje pole grawitacyjne jako trwa\u0142\u0105 dziur\u0119 w czasoprzestrzeni. Przy pewnej odleg\u0142o\u015bci tego punktu, grawitacja by\u0142aby tak silna, \u017ce nawet \u015bwiat\u0142o nie by\u0142oby w stanie przed ni\u0105 uciec. – Cokolwiek by\u0142oby bli\u017cej, zosta\u0142oby <\/span><\/span>odci\u0119te od<\/span><\/span><\/span> pozosta\u0142ej cz\u0119\u015bci Wszech\u015bwiata \u2013 argumentowa\u0142 David Finkelstein<\/strong>, teoretyk z California Institute of Technology Caltech w 1958 roku. Ten \u201choryzont zdarze\u0144\u201d nie jest fizyczn\u0105 powierzchni\u0105. Astronauta spadaj\u0105cy obok nie zauwa\u017cy\u0142by nic specjalnego. Tak, czy inaczej, uzasadnia\u0142 Finkelstein, kt\u00f3ry zmar\u0142 chwil\u0119 przed obwieszczeniem LIGO w 2016 roku, horyzont zachowywa\u0142by si\u0119 podobnie do jednokierunkowej b\u0142ony, pozwalaj\u0105c na upadek obiekt\u00f3w do wewn\u0105trz, ale zapobiegaj\u0105c wydostaniu si\u0119 ze \u015brodka. <\/span><\/span><\/p>\n Zgodnie z og\u00f3ln\u0105 teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci, te obiekty, w ko\u0144cu nazwane czarnymi dziurami przez s\u0142ynnego teoretyka Johna Archibalda Wheelera<\/strong>, powinny r\u00f3wnie\u017c wykazywa\u0107 pora\u017caj\u0105c\u0105 monotonno\u015b\u0107. W 1963 roku Roy Kerr, matematyk z Nowej Zelandii, wypracowa\u0142 w jaki spos\u00f3b wirowanie czarnej dziury z okre\u015blonej masy zakrzywia\u0142oby i przekr\u0119ca\u0142o czasoprzestrze\u0144. Inni szybko udowodnili, \u017ce, przy teorii wzgl\u0119dno\u015bci, masa i spin s\u0105 jedynymi cechami czarnej dziury, co oznacza, \u017ce matematyczny wz\u00f3r Kerra, znany jako wyra\u017cenie Kerra opisuje ka\u017cd\u0105 czarn\u0105 dziur\u0119 jaka istnieje. Wheeler nazywa\u0142 wynik <\/span><\/span>twierdzeniem o braku w\u0142os\u00f3w<\/i><\/span><\/span>, aby podkre\u015bli\u0107, \u017ce dwie czarne dziury o tej samej masie i spinie s\u0105 tak samo nie do odr\u00f3\u017cnienia jak \u0142yse <\/span><\/span>g\u0142owy<\/span><\/span><\/span>. Wheeler sam by\u0142 \u0142ysy, Teukolsky zauwa\u017ca, \u017ce to mog\u0142a by\u0107 \u201cduma \u0142ysego\u201d.<\/span><\/span><\/p>\n – Niekt\u00f3rzy fizycy podejrzewali, \u017ce czarne dziury mog\u0105 istnie\u0107 jedynie w wyobra\u017ani teoretyk\u00f3w \u2013 m\u00f3wi Sean Carroll<\/strong>, teoretyk z Caltech. Sceptycy argumentowali, \u017ce czarne dziury mog\u0105 stanowi\u0107 artefakt wy\u017cszej matematyki og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci lub mog\u0105 formowa\u0107 si\u0119 jedynie wskutek nierealistycznych warunk\u00f3w, takich jak zapadni\u0119cie si\u0119 idealnie sferycznej gwiazdy. Jednak\u017ce w p\u00f3\u017anych latach 60. Roger Penrose<\/strong>, fizyk-teoretyk z Uniwersytetu w Oksfordzie rozwia\u0142 te w\u0105tpliwo\u015bci, <\/span><\/span>stosuj<\/span><\/span><\/span>\u0105<\/span><\/span><\/span>c \u015bcis\u0142e zasady matematyki<\/span><\/span><\/span> za co w 2020 roku razem z Reinhardem Genzel i Andre\u0105 Ghez<\/strong> otrzyma\u0142 Nagrod\u0119 Nobla w dziedzinie fizyki. – Penrose dok\u0142adnie dowi\u00f3d\u0142, \u017ce nawet przy obiekcie poka\u017anych rozmiar\u00f3w, o ile jego g\u0119sto\u015b\u0107 stanie si\u0119 <\/span><\/span>odpowiednio<\/span><\/span><\/span> wysoka, zapadnie si\u0119 on w czarn\u0105 dziur\u0119 \u2013 m\u00f3wi Carrol.<\/span><\/span><\/p>\n Wystarczaj\u0105co wcze\u015bnie astronomowie zacz\u0119li widywa\u0107 oznaki obecnych czarnych dziur. Dostrzegli niewielkie \u017ar\u00f3d\u0142a promieniowania X takie jak Cyngus X-1, ka\u017cde na orbicie gwiazdy. Astrofizycy wywnioskowali, \u017ce promienie x pochodz\u0105 z gazu wyp\u0142ywaj\u0105cego z gwiazdy i nagrzewaj\u0105cego si\u0119 w razie jego opadania na tajemniczy obiekt. Temperatura gazu i szczeg\u00f3\u0142y orbity sugerowa\u0142y, \u017ce \u017ar\u00f3d\u0142o promieniowania <\/span><\/span>x<\/span><\/span><\/span> by\u0142o zbyt silne i zbyt ma\u0142e, aby by\u0107 czymkolwiek innym ni\u017c czarn\u0105 dziur\u0105. Podobne rozumowanie sugerowa\u0142o, \u017ce kwazary – odleg\u0142e galaktyki emituj\u0105ce promieniowanie, s\u0105 nap\u0119dzane przez ogromne czarne dziury w ich centrach. <\/span><\/span><\/p>\n – Ale nikt nie m\u00f3g\u0142 by\u0107 pewien, \u017ce te czarne dziury s\u0105 obecnie tym, co przedstawili teoretycy, zauwa\u017ca Feryal \u00d6zel,<\/strong> astrofizyk z Uniwersytetu w Arizonie. Na przyk\u0142ad – niewiele z tego co dotychczas zdzia\u0142ano, ugruntowuje wiedz\u0119 na temat istnienia horyzontu zdarze\u0144 \u2013 m\u00f3wi \u2013 To jest pytanie otwarte.<\/span><\/span><\/p>\n Obecnie, za pomoc\u0105 wielu dr\u00f3g maj\u0105cych na celu podgl\u0105danie czarnych dziur, naukowcy mog\u0105 zacz\u0105\u0107 bada\u0107 swoje zrozumienie tematu oraz poszukiwa\u0107 niespodzianek, kt\u00f3re zrewolucjonizuj\u0105 fizyk\u0119. – Nawet je\u015bli jest to ma\u0142o prawdopodobne, to niezwykle wa\u017cne jest, \u017ceby odkry\u0107 czy mia\u0142y miejsce jakiegokolwiek odchylenia od og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci \u2013 m\u00f3wi Carrol. – To jest pytanie bardzo wysokiego ryzyka oraz <\/span><\/span>pytanie wysokiej nagrody.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n Naukowcy maj\u0105 nadziej\u0119 odpowiedzie\u0107 na trzy pytania. Czy obserwowane czarne dziury rzeczywi\u015bcie maj\u0105 horyzont zdarze\u0144? Czy s\u0105 one tak bardzo pozbawione cech, jak m\u00f3wi <\/span><\/span>twierdzenie o braku w\u0142os\u00f3w<\/i><\/span><\/span>? I czy zniekszta\u0142caj\u0105 czasoprzestrze\u0144 dok\u0142adnie tak jak przewiduje wyra\u017cenie\/metryka Kerra <\/strong>(rozwi\u0105zanie r\u00f3wna\u0144 Einsteina – przyp. MK)? <\/span><\/span><\/p>\n Mo\u017cliwe, \u017ce najprostszym narz\u0119dziem w celu uzyskania odpowiedzi jest to opracowane przez Ghez. Od 1995 roku ona i jej zesp\u00f3\u0142 wykorzystuj\u0105 10-metrowy teleskop Kecka<\/strong> na Hawajach w celu obserwacji gwiazd wok\u00f3\u0142 \u017ar\u00f3d\u0142a promieniowania znanego jako Sagittarius A* (Sgr A*) w centrum naszej Galaktyki. W 1998 roku wysoka pr\u0119dko\u015b\u0107 gwiazd ujawni\u0142a, \u017ce okr\u0105\u017caj\u0105 one obiekt 4 mln razy wi\u0119kszy od S\u0142o\u0144ca. Poniewa\u017c Sgr A* wt\u0142acza tak wiele masy w tak ma\u0142\u0105 obj\u0119to\u015b\u0107, og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci przewiduje, \u017ce musi by\u0107 ogromn\u0105 czarn\u0105 dziur\u0105. Reinhard Genzel, astrofizyk z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics niezale\u017cnie obserwowa\u0142 gwiazdy dochodz\u0105c do tego samego wniosku, za co dzieli\u0142 z Getz Nagrod\u0119 Nobla.<\/span><\/span><\/p>\n