Dlaczego czarne dziury nie wchłoną całego Wszechświata?

Czarne dziury nie mogą pochłonąć całego Wszechświata, ponieważ ich zasięg jest ograniczony, a kosmos stale się rozszerza.

Czarna dziura to obszar w czasoprzestrzeni o tak silnej grawitacji, że nic, nawet światło, nie może z niego uciec. Powstaje, gdy ogromna masa skupia się w bardzo małej objętości, często po zapadnięciu się bardzo masywnej gwiazdy. Otoczona jest „horyzontem zdarzeń” – granicą, po której przekroczeniu powrót jest niemożliwy. Niezwykle silne pole grawitacyjne, wynikające z ogromnej gęstości materii, pochłania wszystko w zasięgu, a cokolwiek wpadnie do środka, już nigdy nie jest w stanie się wydostać. Pochłaniając materię, czarna dziura rośnie. Szacuje się, że we Wszechświecie jest 40 trylionów czarnych dziur, z czego setki milionów mogą znajdować się w samej Drodze Mlecznej. Prowadzi to do pytania — jeśli czarnych dziur jest tyle, a każda z nich nieustannie pochłania znajdującą się w jej okolicy materię, dlaczego czarne dziury nie pochłoną całego Wszechświata?

Czym właściwie jest czarna dziura?

Czarna dziura powstaje z kolapsu grawitacyjnego niezwykle masywnej gwiazdy, która wyczerpała swoje paliwo, zapadając się pod własnym ciężarem, aż jej masa skupi się w nieskończenie małym punkcie, tworząc niesamowicie silne pole grawitacyjne, które pochłania nawet światło, a wszystko to otoczone jest horyzontem zdarzeń. Powstają też supermasywne czarne dziury, które rosną przez akrecję materii lub łączenie się mniejszych obiektów, zazwyczaj w centrach galaktyk

Stephen Hawking i czarne dziury

Stephen Hawking był wybitnym brytyjskim astrofizykiem, fizykiem teoretykiem i kosmologiem, specjalizującym się w kosmologii kwantowej, grawitacji i strukturze czasoprzestrzeni. Choć choroba neurodegeneracyjna znacznie ograniczała jego fizyczne możliwości, jego umysł pozostawał niezwykle twórczy. W latach 70. gdy Hawking próbował pogodzić teorię kwantową z ogólną teorią względności Einsteina, zauważył, że w pobliżu horyzontu zdarzeń powinny zachodzić procesy kwantowe powodujące emisję energii. Doprowadziło go to do zaskakującego wniosku: czarna dziura może promieniować ciepło, powoli tracąc masę. To odkrycie – dziś znane jako promieniowanie Hawkinga – było jednym z najważniejszych konceptów łączących fizykę kwantową z teorią grawitacji.

Jak działa promieniowanie Hawkinga?

Nawet idealna próżnia nigdy nie jest pusta — nieustannie pojawiają się w niej i znikają tzw. cząstki wirtualne: jedna cząstka i jedna antycząstka. W normalnych warunkach cząstki takie natychmiast się unicestwiają, jednak jeśli taka para powstanie tuż przy horyzoncie zdarzeń, jedna z cząstek wpada do czarnej dziury, a druga ucieka w przestrzeń kosmiczną. Właśnie to zjawisko nazywamy promieniowaniem Hawkinga. Cząstka, która wpadła do środka, ma ujemną energię, co zmniejsza energię i masę czarnej dziury. Im mniejsza masa czarnej dziury, tym szybciej promieniuje, aż w końcu – po bardzo długim czasie – może całkowicie wyparować. Odkrycie Hawkinga było rewolucyjne, bo pokazało, że czarne dziury nie są nieskończenie ros­nące.

Inne powody dla których czarne dziury nie wciągną wszystkiego

Czarne dziury nie wysysają materii z odległych obszarów. Aby coś zostało wciągnięte, musi znaleźć się blisko horyzontu zdarzeń. Gdyby Słońce zostałoby zamienione w czarną dziurę (czysto teoretycznie!), Ziemia dalej orbitowałaby tak samo. Jedyna różnica: zrobiłoby się ciemno i zimno. To prowadzi nas do kolejnego powodu: wszechświat nieustannie się powiększa, co zwiększa odległości między galaktykami. Rozszerzanie się przestrzeni oddala galaktyki od siebie, co dodatkowo utrudnia czarnym dziurom zdobywanie materii.

Zobacz wszystkie artykuły o tematyce związanej z kosmosem

Jak długo można przeżyć bez jedzenia?

Źródła:

• Sky at Night Magazine – Will black holes consume everything?
• Forbes – No, black holes will never consume the universe
• Sky at Night Magazine – Hawking Radiation
• ScienceAlert – Hawking Radiation

 

FAQ – najczęściej zadawane pytania