επιστροφή

Μελανές Οπές

Η ύπαρξη τών μυστηριωδών αυτών ουρανίων σωμάτων απορρέει από τίς εξισώσεις τής Γενικής Θεωρίας τής Σχετικότητας τού  Einstein, πού όπως ελάχιστοι γνωρίζουν, είχε δάσκαλο καί πολύτιμο σύμβουλο τόν μεγάλο Έλληνα Φυσικομαθηματικό Κωνσταντίνο Καραθεοδωρή. Οι εξισώσεις αυτές ακόμα αναζητούν τίς οριστικές τους λύσεις, αφού η περιπλοκότητά τους απέτρεψε ακόμα καί τούς εμπνευστές τους νά τίς λύσουν. Ωστόσο οι Μαύρες Τρύπες ή κομψώτερα καί καλλίτερα Μελανές Οπές έχουν γοητεύσει τούς ερευνητές καί υπάρχουν αρκετά στοιχεία γι αυτές. Η ανακάλυψη μάλιστα τών κβάζαρ τό 1963 επέφερε εκρηκτική αύξηση στίς θεωρητικές μελέτες γι αυτές αλλά καί στίς προσπάθειες παρατήρησής τους.

        Σύμφωνα λοιπόν μέ τήν Γενική Θεωρία τής Σχετικότητας, ο χρόνος μέ τίς τρείς διαστάσεις τού χώρου συνιστούν ένα τετραδιάστατο συνεχές, τόν Χωροχρόνο. Σ' αυτό τό συνεχές εμπλέκεται καί η βαρύτητα, η οποία διά τής κατανομής τής ύλης  αλλά καί τής ενέργειας στό Σύμπαν στρεβλώνει (καμπυλώνει) τόν Χωροχρόνο, όπως μία επίπεδη ελαστική μεμβράνη καμπυλώνεται όταν τεθεί πάνω της μία σφαίρα. Οι διαδρομές λοιπόν τών διαφόρων αντικειμένων, πού κινούνται μέσα σ' αυτόν υφίστανται κύρτωση σάν νά έλκονται από κάποιο βαρυτικό πεδίο. Οι Μελανές οπές προσδίδουν τέτοια καμπύλωση  στόν Χωροχρόνο ώστε προκαλείται σύγκλιση τών διαδρομών πού ακολουθούν ακόμα καί οι ακτίνες τού φωτός. 

        Πρόκειται λοιπόν γιά ουράνια σώματα μέ ασύλληπτη πυκνότητα τής ύλης τους καί εξ αιτίας αυτού περιβάλλονται από ένα τρομακτικά ισχυρό βαρυτικό πεδίο. Τόσο ισχυρό, πού έλκει καί συλλαμβάνει σ' ένα αφάνταστα συντριπτικό εναγκαλισμό, οτιδήποτε θα μπορούσε νά βρεθεί στήν γειτονιά τους. Ακόμα καί τό φώς δέν μπορεί νά διαφύγει απ' τόν φρικτό αυτό εναγκαλισμό, μέ αποτέλεσμα νά μή φτάνει φυσικά στά μάτια τών παρατηρητών αλλά καί στούς αισθητήρες τών ισχυρότατων ραδιοτηλεσκοπίων καί γι αυτό λέγονται καί Μελανές οι Οπές αυτές. Τό "Οπές" βέβαια αρμόζει στήν λειτουργία τών σωμάτων αυτών, πού ως διαστημικά βάραθρα ή καλύτερα κοσμικές ρουφήχτρες, "ρουφούν" κυριολεκτικά καί εξαφανίζουν οτιδήποτε τά προσεγγίζει. Γιά νά αποκτήσουμε μιά αίσθηση τών διαστάσεων καί τής πυκνότητας μιάς Μελανής Οπής, θά πρέπει νά συμπιέσουμε τήν Γή, μέχρις ότου αποκτήσει τό μέγεθος κερασιού! Έτσι οι Μελανές Οπές έχουν προέλθει από τήν συμπίεση τών υλικών τριών ή καί περισσοτέρων ήλιων στόν χώρο ενός σταδίου!! Ο όρος "Μελανή Οπή" (Black Hole) εισήχθη τό 1969 απ' τόν John Archibald Wheeler, αμερικανό φυσικό. Οι Γάλλοι πρότειναν τόν όρο "astre occlu", διότι τό "Μελανή Οπή" περιείχε σεξουαλικά υπονοούμενα! 

       Πώς γενιούνται όμως τά σώματα αυτά; Ως γνωστόν στούς αστέρες  ( ο ήλιος είναι ένας τέτοιος ) συμβαίνουν συνεχείς πυρηνικές διεργασίες, κατά τίς οποίες πυρήνες υδρογόνου μετατρέπονται σέ πυρήνες τού στοιχείου ήλιον καί εν συνεχεία σέ πυρήνες βαρυτέρων στοιχείων, ενώ παράγεται καί ακτινοβολείται τρομακτική ποσότητα ενέργειας, αλλά καί απίστευτη ποσότητα ύλης εγκαταλείπει τόν αστέρα εκτοξευόμενη καί αυτή εν είδει πιδάκων. Κυριαρχεί λοιπόν εκεί μιά κατάσταση πού μόνο μέ τήν κόλαση θά μπορούσε κανείς νά αντιπαραβάλει. Ωστόσο η διάλυση τού αστέρα αποτρέπεται, αφού τό βάρος τών υπερκειμένων στρωμάτων δρά κατά τήν αντίθετη κατεύθυνση καί "συμμαζεύει" τήν αστρική ύλη. Όταν όμως τά πυρηνικά καύσιμα εξαντληθούν καί πάψουν οι θερμοπυρηνικές διεργασίες, αρχίζει η συρρίκνωση (= κατάρρευση) τού αστέρα μέ αυξανόμενη φυσικά τήν πίεση στό κέντρο του λόγω συμπίεσης. Όταν επέλθει εξισορρόπηση τής πίεσης αυτής μέ τήν συνθλιπτική δύναμη τού βάρους τών εξωτερικών στρωμάτων, ο αστέρας έχει φτάσει στό τέλος του. Είναι πλέον νεκρός. Άν όμως η μάζα του είναι μεγαλύτερη από μιά κρίσιμη τιμή (μάζα Chandrasekhar), πού είναι περίπου δύο φορές η μάζα τού ηλίου, τότε η βαρύτητα υπερνικά τήν πίεση τού κέντρου καί η κατάρευση συνεχίζεται. Εάν στά πρώτα στάδια τής κατάρευσης συμβεί έκρηξη κι ο αστέρας απαλλαγεί από μέρος τής μάζας του, ώστε η εναπομείνασα νά είναι μικρότερη τής κρίσιμης, τότε ο αστέρας θά εξελιχθεί σέ λευκό νάνο ή αστέρα νετρονίων. Άν όμως η εναπομείνασα μάζα είναι μεγαλύτερη τής κρίσιμης καί η ακτίνα γίνει κι αυτή ίση μέ μιά άλλη κρίσιμη τιμή (ακτίνα Schwarzschild), τότε η βαρυτική δύναμη δέν αντισταθμίζεται μέ τίποτα, ο αστέρας εμφανίζει αστάθεια καί σέ χρόνο μικρότερο του χιλιοστού τού δευτερολέπτου μετατρέπεται σέ Μελανή Οπή.

Τά χαρακτηριστικά μιάς Μελανής Οπής είναι η μάζα, τό φορτίο, καί η στροφορμή. Μάλιστα μπορεί νά έχει σχηματιστεί από πολύ μεγάλο πλήθος σωματιδίων διαφορετικών συγκεντρώσεων. Δέν εξαρτάται δέ από τήν φύση τού σώματος πού κατέρρευσε, γιά νά τήν σχηματίσει. Ο John Wheeler διατύπωσε αυτό τό συμπέρασμα μέ τήν φράση " μιά Μελανή Οπή δέν αφήνει ίχνη" (ή μιά Μελανή Οπή δέν έχει τρίχες), επιβεβαιώνοντας τίς υποψίες τών Γάλλων περί σεξουαλικών υπονοουμένων.

      Η συμπεριφορά της καθορίζεται απ' τούς παρακάτω νόμους: Α. Μηδενικός νόμος: η βαρύτητα είναι σταθερή σέ κάθε σημείο τού ορίζοντα γεγονότων. Β. Πρώτος νόμος: υπακούει στήν αρχή διατήρησης τής ενέργειας, τού φορτίου, τής ορμής καί τής στροφορμής. Γ. Δεύτερος νόμος: Η γενικευμένη εντροπία ουδέποτε είναι φθίνουσα συνάρτηση τού χρόνου. Η επιφάνεια τών Μελανών Οπών δέν ελαττώνεται σέ καμμιά περίπτωση αλληλεπίδρασής τους μέ κάποια μορφή ύλης. Η εντροπία είναι ένα μέτρο τού πλήθους τών εσωτερικών καταστάσεων (τών τρόπων μέ τούς οποίους μπορεί νά διαταχθεί τό εσωτερικό), τίς οποίες θά μπορούσε νά έχει μιά Μελανή Οπή, χωρίς νά δείχνει καθόλου διαφορετική σέ έναν εξωτερικό παρατηρητή. Δ. Τρίτος νόμος: Η επιφανειακή βαρύτητα ουδέποτε μηδενίζεται ακριβώς.

       Σύμφωνα μέ τήν Κβαντική Θεωρία κατά τόν Stephen Hawking, ίσως τόν μεγαλύτερο φυσικό τής εποχής μας, οι Μελανές Οπές δέν είναι εντελώς μαύρες, εκπέμπουν σωματίδια καί ακτινοβολία όλων τών ειδών, όπως συμβαίνει μέ ένα θερμό σώμα. Η δέ θερμοκρασία τους, ανέρχεται σέ περίπου ένα εκατομμυριοστό τού βαθμού πάνω απ' τό απόλυτο μηδέν γιά μιά μάζα ίση μέ μερικές ηλιακές. Επιπλέον οι Μελανές Οπές  εκπέμπουν συνεχώς βαρυτικά κύματα "εξαερούμενες" βαθμηδόν.