Gymnázium Dr. J. Pekaře Mladá Boleslav Zeměpis I. ročník ČERNÉ DÍRY referát Jméno a příjmení: Oskar Šumovský Josef Šváb Třída: 5.0 Datum: 28. 9. 2015
Černé díry 1. Obecné informace a) Základní popis Černé díry, jsou podle vykládané teorie vesmírné objekty, které mají tak enormní hmotnost a tím pádem i hustotu, že přitahují k sobě, a poté do sebe cokoliv co se k nim přiblíží, například i světlo. Obrázek 1. Černá díra b) Vznik Základem vzniku jsou největší a nejhmotnější hvězdy, ty se po spalování Vodíku zmenší, a díky zvýšené teplotě mohou spalovat Helium. Poté začne přeměna na Uhlík a Kyslík, a tak to jde dál a dál až jádro Hvězdy dosáhne na Železo, a to už nevytváří energii, ale naopak ji spotřebovává. Hvězda se zmenšuje, a když hmotnost železa dosáhne určité úrovně, nedokáže udržet vlastní gravitaci, zhroutí se a vybuchne v supernovu. Největší hvězdy ale zanechají hmotu, z které se vytvoří Černá díra. 2. Horizont událostí a čas Horizont událostí je jistá úroveň před Černou dírou, na které je úniková rychlost rovná rychlosti světla. Cokoliv může přejít přes horizont událostí, ale nikdy naopak. Neboli "bod, z nějž není návratu". Zajímavé je Obrázek 2. Horizont událostí (příklad) že to co se stane za Horizontem událostí, nemůžeme pozorovat nikdy, protože tam není čas. Další vlastností černých děr je, že "zpomalují čas, což se nazývá dilatace času. Například u experimentu, kdy si dva pozorovatelé seřídí hodinky stejně a pozorující vidí jak se blíží padající k černé díře pomaleji a pomaleji, oproti padajícímu, kterému čas poběží "normálně", II
tak vznikne efekt že pro pozorovatele, že padající padá nekonečně dlouho, tím pádem se časy na hodinkách změní. 3. Kde jsou? a) V naší galaxii Ve středu naší Galaxie se nachází obrovská černá díra, která je pojmenována Sagittarius A*. Předpokládá se, že je maximálně 50 mil. km veliký, ale podle Schwarzschildova poloměru (velikost odpovídající hmotnosti stlačené do maxima) by měla být velká 13 mil. km. 4. b) Další (s popisem) Cygnus X-1 - Jedná se o rentgenovou dvojhvězdu, která je nejspíše i černá díra. Tato předpokládaná černá díra je od nás vzdálena 6100 světelných let. Byla objevena díky této hvězdě, která obíhá okolo neviditelné složky. A0620-00 - Nejspíše je to nejbližší černá díra od nás (3000 svět. let). Jedná se o lehkou rentgenovou hvězdu. 5. Singularita a chování černé díry Obrázek 3. Výtvarnický obraz Cygnus X-1 Podle teorie je místo v černé díře, které nekonečně zakřivuje časoprostor, a i s tím gravitační síly, které jsou nekonečně velké. Není a zatím nemůže být vysvětlení Singularity. Vysvětlení je přiloženo na jevu, že něco může být vytáhnuto lanem z černé díry, což ale není možné, protože v černé díře je v podstatě konec neboli žádný čas. Díky obecné relativitě, je těžké vysvětlit nebo pochopit jevy co vytváří, nebo které se dějí v singularitě. Hlavně kvůli tomu, že Singularity jsou schované za horizontem událostí, takže je nikdy nemůže zkoumat. Obrázek 4. Singularita III
kdybychom čirou náhodou viděli astronauta, který padá do černé díry tak bychom ho nikdy neviděli spadnout dovnitř (jak už jsem uváděl) ale je to kvůli fotonům které už nemohou uniknout černé díře, takže padající se nám z naší strany zastaví. Obrázek 5. Gargantua (Vyobrazení černé díry ve filmu Interstellar.) Padající astronaut by se po překročení horizontu událostí pomalu stal neviditelným, a nebyl by vidět z vesmíru, no a nakonec jestli by padal nohami napřed, by ho roztrhli slapové jevy, protože na jeho nohy působí větší gravitace než na jeho tělo. A čím více by se astronaut přibližoval k singularitě, tím více by ho černá díra roztrhává, až by ho roztrhla na samotné atomy. a) Slapové jevy Důležité u černých děr je, jestli jsou malé anebo obrovské, u malých je možné že slapové jevy vás můžou zasáhnout už před horizontem událostí. Zato u obrovských nemusí astronaut ani pocítit přechod. b) Hawkingovo záření Hawkingovo záření v podstatě dokazuje, že je možné, aby černá díra něco vyzařovala, a to tím pádem poukazuje na to, že podle Hawkinga se černé díry postupně vypařují. Toto vysvětlení se používá pro teorii, že by se mohla vyskytnout malá černá díra v urychlovači částic. Tím pádem by se ale ihned vypařila, oproti obrovským černým dírám, kde je vypařování hmoty zanedbatelné. Obrázek 6. Černá díra a jev gravitační čočky (pozměnění reálného obrazu) IV
Toto znamená, že je možnost pozorovat vůbec jakékoliv informace, které černá díra emituje. Dokonce v roce 2014 Stephen W. Hawking ukázal výpočty, že díky Hawkingovému záření se z vybuchlé hvězdy odnese tolik materiálu, že černá díra nemůže vzniknout. 6. Zánik Jsou známé 2 teorie zániku černých děr, přitom jedna ve skutečnosti vytváří další. 1. Srážka dvou černých děr když se dvě černé díry přitahují k sobě, tak nastává mezi nimi něco, co se nazývá gravitační vlny. Neboli vlny křivosti časoprostoru. Poté co se černé díry dostanou dostatečně blízko sebe, vytvoří se 1 spojená černá díra. Zároveň není známo jak přesně se to stane. Obrázek 7. 2 černé díry před srážkou 2. Jak už jsem zmínil, černá díra zaniká vypařením. Černá díra pomalu vyzařuje svoji hmotu, až se vypaří úplně. Trvá to ale velmi dlouho. Například černá díra malé velikosti jako Slunce se bude vypařovat 10 67 let. A to je velmi dlouhá doba, oproti době co vesmír vznikl před přibližně 1,37 10 10 lety. Obrázek 8. Možný vzhled vypařování černé díry Seznam obrázků: Obrázek 1. Černá díra... II Obrázek 2. Horizont událostí (příklad)... II Obrázek 3. Výtvarnický obraz Cygnus X-1... III Obrázek 4. Singularita... III Obrázek 5. Gargantua (Vyobrazení černé díry ve filmu Interstellar.)... IV Obrázek 6. Černá díra a jev gravitační čočky (pozměnění reálného obrazu)... IV Obrázek 7. 2 černé díry před srážkou... V Obrázek 8. Možný vzhled vypařování černé díry... V V
7. Zdroje: 1. Grygar, Jiří. Vesmír, jaký je. Praha : Mladá Fronta, 1997. ISBN 80-204-0637-9. 2. Hawking, Stephen W. Stručná historie času. Praha : Mladá Fronta, 1988 (1991 v ČR). ISBN 80-204-0169-5. 3. Horizont událostí. wikipedia.org. [Online] 8. 7 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/horizont_ud%c3%a1lost%c3%ad. 4. Černá díra. wikipedia.org. [Online] 27. 2 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/%c4%8cern%c3%a1_d%c3%adra. 5. Hvězda. wikipedia.org. [Online] 6. 9 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/hv%c4%9bzda. 6. SagittariusA*. wikipedia.org. [Online] 17. 7 2014. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/sagittarius_a*. 7. CygnusX-1. wikipedia.org. [Online] 28. 2 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/cygnus_x-1. 8. Gravitační vlna. wikipedia.org. [Online] 6. 9 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/gravita%c4%8dn%c3%ad_vlna. 9. Schwarzschildův poloměr. wikipedia.org. [Online] 17. 7 2014. [Citace: 28. 9 2015.] https://cs.wikipedia.org/wiki/schwarzschild%c5%afv_polom%c4%9br. 10. A0620-00. wikipedia.org. [Online] 10. 8 2015. [Citace: 28. 9 2015.] https://en.wikipedia.org/wiki/a0620-00. 11. Lázňovský, Matouš. Černé díry de facto neexistují, říká slavný fyzik Stephen Hawking. Technet.idnes.cz. [Online] 5. 2 2014. [Citace: 28. 9 2015.] http://technet.idnes.cz/hawking-cerne-diryneexistuji-dky-/veda.aspx?c=a140204_152348_veda_mla. 12. (Vsauce), Michael Stevens. Travel INSIDE a Black Hole. Youtube. [Online], 6. 3 2012. [Citace: 28. 9 2015.] https://www.youtube.com/watch?v=3panrkd4ray. VI