Čierne diery

Čierna diera je koncentrácia hmoty s obrovskou hustotou, ktorej gravitácia zabraňuje čomukoľvek vrátane svetla unikať z jej okolia. Nejedná sa v pravom zmysle slova o dieru, len o oblasť v časopriestore. Všeobecná teória relativity predpokladá, že dostatočne stlačená hmota väčšinou deformuje časopriestor a tvorí tak čiernu dieru pri procese zvanom gravitačný kolaps. Gravitačný kolaps potrebuje mimoriadnu hustotu akú majú v dnešnom vesmíre len hviezdy. Krátko po veľkom tresku boli ale také vysoké hustoty bežné, čo podporovalo vznik čiernych dier. Existenciu čiernych dier vo vesmíre podporujú astronomické pozorovania, hlavne zo štúdie supernov a röntgenového žiarenia z aktívneho galaktického jadra.

Predstava o telese tak masívnom, že z neho neunikne ani svetlo sa zrodila u anglického geológa Johna Michella v roku 1783. Vtedy už bola Newtonovská teória gravitácie a pojem únikovej rýchlosti známy. Michell vypočítal, že ak je polomer telesa 500 krát väčší ako polomer Slnka a má zároveň rovnakú hustotu, úniková rýchlosť na povrchu telesa by sa rovnala rýchlosti svetla. Teleso by bolo neviditeľné. Tejto myšlienke sa v 19. Storočí venovalo len veľmi málo pozornosti. V roku 1915 Einstein vyvinul Všeobecnú teóriu relativity a ukázal, že gravitácia ovplyvňuje svetlo. O niekoľko mesiacov Karl Schwarzschild dokázal, že čierne diery môžu existovať.

Čierna diera môže vzniknúť pri kolapse veľmi masívnej umierajúcej hviezdy (hviezdna čierna diera). Po sformovaní môže čierna diera ďalej rásť absorbovaním hmoty z okolia. Absorbovaním hviezd a zlučovaním sa s ďalšími hviezdami môžu vzniknúť supermasívne čierne diery, ktoré sa nachádzajú v centre väčšiny galaxií. Okolo čiernej diery je matematicky definovaná plocha – horizont udalosti. Horizont udalosti je tzv. bod nenávratna, nič čo je za ním nemôže uniknúť. Podľa všeobecnej relativity existuje v strede čiernej diery singularita, miesto s nekonečným zakrivením časopriestoru a nekonečne veľkou gravitačnou silou. Teoreticky, horizont udalosti nerotujúcej čiernej diery má tvar gule a jej singularita predstavuje jeden bod. V prípade, že hviezda, z ktorej čierna diera vznikla, v momente gravitačného kolapsu rotovala, čierna diera môže tento aspekt „zdediť“. V tom prípade začína naťahovať časopriestorové okolie efektom zvaným Lense-Thirringov efekt. Tento elipsoidný rotujúci priestor obklopujúci horizont udalosti sa nazýva ergosféra. Keďže ergosféra je mimo horizont udalosti, objekty v nej môžu existovať bez toho, aby ich vtiahla čierna diera. Nemôžu ale zostať v stacionárnej polohe, lebo časopriestor v ergosfére sa pohybuje. Napriek neviditeľnosti čiernych dier ich prítomnosť sa prejavuje interakciou s okolitou hmotou a elektromagnetickým žiarením. Hmota padajúca do čiernej diery môže sformovať akreačný dosahujúci vysoké teploty spôsobené trením materiálu. Pri tomto procese vznikajú veľké množstvá energie, čo umožňuje vznik jedných z najjasnejších objektov vo vesmíre.