Jak czarne dziury pochłaniają światło?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy najpierw wyjaśnić trzy rzeczy: 1) czym jest światło, 2) czym jest grawitacja i 3) czym jest czarna dziura?

1) Czym jest światło?

Światło jest po prostu rodzajem energii, która przemieszcza się w przestrzeni. Istnieje wiele różnych rodzajów światła, których fizycznie nie widzimy, ale które możemy wykryć, a nawet wykorzystać. Na przykład światło ultrafioletowe, które pochodzi od naszego słońca, jest powodem, dla którego powinieneś nosić krem ​​​​do opalania – aby światło nie szkodziło skórze.

Ważne jest, abyśmy pamiętali, że tylko dlatego, że światło nie ma masy, nadal jest obiektem fizycznym w naszym wszechświecie, podlegającym prawom fizyki.

Fajne jest to, że bez względu na to, jakie to światło, wszystko podąża To samo prawa fizyczne we wszechświecie. Jedną z zasad jest to, że światło zawsze chce podróżować w przestrzeni po linii prostej.

W tym miejscu musimy teraz rozbić grawitację i ze składników przestrzeni.

2) Czym jest grawitacja?

Grawitacja jest siłą, która zapewnia nam bezpieczeństwo na Ziemi. Utrzymuje również Ziemię w obiegu wokół naszego Słońca. Ale co powoduje grawitację?

Wielu badaczy historii zastanawiało się nad tym pytaniem i stworzyło najrozmaitsze teorie. Ale kiedy Albert Einstein przedstawił swoją ogólną teorię względności w 1915 roku, naprawdę zaczęliśmy rozumieć, czym dokładnie jest grawitacja i jak wpływa na nasz wszechświat.

Einstein wywnioskował matematycznie, że istniejemy w czymś, co nazywamy „czasoprzestrzenią”. Możesz to sobie wyobrazić jako samą tkankę naszego wszechświata. Podobnie jak płótno, może się zginać i rozciągać. Lubię wyobrażać sobie przestrzeń jak trampolinę. Kiedy położysz coś ciężkiego (np. kulę do kręgli) na środku trampoliny, tkanina pod nią wygina się i opada.

Teraz wyobraź sobie trampolinę wielkości wszechświata, na której umieszczamy nasze słońce. Kropla na trampolinie reprezentuje przyciąganie grawitacyjne słońca. I możemy to zrobić dla każdego obiektu, który ma masę.

Kiedy czasoprzestrzeń jest zaginana przez tę masę, linie, które normalnie byłyby proste, stają się lekko zakrzywione – widać to na poniższym obrazku. Jest to najbardziej ekstremalne w przypadku naprawdę masywnych obiektów, które nazywamy czarnymi dziurami.

3) Co to jest czarna dziura?

Moim zdaniem czarne dziury to jedna z najbardziej niesamowitych rzeczy, jakie kiedykolwiek odkryliśmy we wszechświecie. Czarne dziury to obszary w kosmosie, które są tak gęste, że nic nie może z nich uciec.

Zwykle powstają, gdy bardzo duże gwiazdy stają się bardzo ciężkie i zapadają się (zapadają) na siebie. Astronomowie uważają, że cała masa czarnej dziury jest w rzeczywistości ściśnięta w jednym punkcie pośrodku.

Czarne dziury mają złą reputację zjadania „wszystko, co znajduje się blisko nich”, co nie jest prawdą. Czarne dziury mają pewną odległość od swojego centrum, którą uważamy za punkt bez powrotu. Nazywa się to horyzontem zdarzeń.

Ale poza tym punktem światło i materia mogą krążyć wokół czarnej dziury przez bardzo długi czas.

Jak więc czarna dziura może przyciągać światło?

Teraz, gdy podzieliliśmy te trzy główne rzeczy, możemy odpowiedzieć na wielkie pytanie postawione przez Willa: W jaki sposób czarna dziura może przyciągać światło?

Kiedy światło przemieszcza się w pobliżu czarnej dziury, nadal próbuje poruszać się po linii prostej. Gdy zbliża się do czarnej dziury, gdzie czasoprzestrzeń zakrzywia się, światło będzie podążać za tymi zakrętami.

kiedy robi się jasno Zbyt blisko Do czarnej dziury można ją uwięzić wokół niej i wokół niej. To dlatego, że struktura czasoprzestrzeni jest zakrzywiona do granic możliwości. Jak zapewne pamiętasz, światło jest rzeczywiście rzeczą fizyczną i ma na nie wpływ czasoprzestrzeń.

Prawdopodobnie moją ulubioną częścią tego faktu jest to, że nie dotyczy to tylko czarnych dziur.

Wszystko, co ma wystarczającą masę, może powodować zakrzywienie światła wokół niego, nawet nasze Słońce. W ten sposób naukowcy po raz pierwszy potwierdzili teorię grawitacji Einsteina Prawdopodobnie tak było w 1919 roku.

Coś naprawdę ciężkiego, jak cała masa skupionych galaktyk, może bardzo zakrzywić przestrzeń, działa jak szkło powiększające i Wyświetla powiększone obrazy gwiazd za nim.

Sarah Webbpracownik naukowy podoktorancki, Centrum Astrofizyki i Superkomputerów, Politechnika Swinburne

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.