Osobliwe obiekty Wszechświata

Obrazek: Czarna dziura (obraz przedstawiony przez NASA) 
Osobliwe obiekty Wszechświata, to obiekty niespodziewane oraz zadziwiające swą strukturą, jak też własnościami. Niekiedy także sam Wielki Wybuch jest nazywany osobliwością kosmologiczną, nie jest to jednak konkretny obiekt, lecz początkowy stan całego Wszechświata. Nasz Wszechświat pisany jest wielką literą z tego względu, że jeśli istnieje wiele wszechświatów, zapoczątkowanych innymi wielkimi wybuchami, to jest to imię własne naszego  Wszechświata.

Osobliwe obiekty Wszechświata

Natomiast do konkretnych osobliwych obiektów astronomicznych występujących w naszym Wszechświecie przeważnie zalicza się takie obiekty jak:

• czarne dziury
• kwazary
• aktywne jądra galaktyk oraz
• niektóre typy gwiazd, takie jak:
  • supernowe
  • gwiazdy neutronowe (w tym pulsary)
  • czerwone olbrzymy
  • białe karły.

Czarne dziury

Można też powiedzieć, że czarna dziura to obiekt, którego prędkość ucieczki jest większa od prędkości światła.

Dowolny obiekt – niezależnie od wielkości masy – może się stać czarną dziurą pod warunkiem, że zostanie ściśnięty do odpowiednich rozmiarów. Na przykład Słońce stałoby się czarną dziurą, gdyby uległo skurczeniu do średnicy 6 km. Z kolei Ziemia stałaby się czarną dziurą, gdyby jej średnica zmalała do 3 cm. Nawet proton odpowiednio ściśnięty stałby się mini czarną dziurą.

W sposób naturalny czarne dziury powstają z gwiazd, których początkowa masa jest wielokrotnie większa od masy Słońca (oznaczanej M_⊙). Masa takich gwiazd musi być wystarczająca, by siła grawitacji przez nie wytwarzana spowodowała kolaps grawitacyjny, czyli zapadanie się pod wpływem własnej grawitacji.

W praktyce czarne dziury powstają z gwiazd znacznie większych od Słońca, zwanych supernowymi. Są to gwiazdy wybuchające z ogromną siłą, których jądro podlega kolapsowi grawitacyjnemu.

Uczeni nie opracowali jeszcze dokładnie struktury czarnych dziur.

Ich granicą jest tzw. horyzont zdarzeń czarnej dziury, którego przekroczenie przez dowolny obiekt sprawia, że droga powrotu na zewnątrz czarnej dziury jest wykluczona. Cała materia wpadająca do czarnej dziury zostaje skoncentrowana i zmiażdżona w środku, zwanym osobliwością. Osobliwość ta przypomina osobliwość kosmologiczną, jaką był Wielki Wybuch, z powodu olbrzymiej gęstości masy.

Stephen Hawking wykazał, że „czarne dziury nie są czarne, lecz szare”.

Z mechaniki kwantowej zastosowanej do czarnych dziur wynika, że dzięki zasadzie nieoznaczoności Heisenberga wysyłają one pewien rodzaj promieniowania – promieniowanie Hawkinga. Promieniowanie to sprawia, że czarne dziury nie są wieczne, mimo że trwają bardzo długo. Na przykład czarna dziura powstała z gwiazdy istnieje około 10⁶⁰ lat. A to znaczy, że o wiele dłużej, niż wynosi „wiek” Wszechświata od momentu Wielkiego Wybuchu (ponad 10¹⁰ lat).

Kwazary

Energia wytwarzana w gwiazdach w procesie reakcji termojądrowej nie wystarcza do wyjaśnienia tak olbrzymiej jasności kwazarów. Wyjaśnia ją natomiast olbrzymia czarna dziura stanowiąca jądro kwazaru, która wchłaniając otaczające ją gwiazdy powoduje, że w procesie kolapsu grawitacyjnego około 30% energii kolapsującej materii ulega rozproszeniu w przestrzeni Wszechświata, co powoduje ogromny efekt jasności.

Według współczesnej teorii kwazary stanowią jądra aktywnych galaktyk, w których centrum znajduje się olbrzymia czarna dziura, posiadająca masę wielkości kilku lub kilkunastu miliardów gwiazd.

Pozostałe osobliwe obiekty

Także w jądrach pozostałych galaktyk (również naszej Galaktyki) znajdują się olbrzymie czarne dziury, jednakże nie są one kwazarami, gdyż zawierają masy porównywalne z masą kilku milionów gwiazd. Natomiast kwazary zawierają masę równoważną miliardom gwiazd.

Jeśli gwiazda posiada masę jedynie półtorakrotnie (1,5 x M_⊙) większą od masy Słońca, to zamienia się w gwiazdę neutronową, składającą się z gęsto upakowanych neutronów.

Pulsary stanowią pewien rodzaj gwiazd neutronowych, szybko obracających się wokół swojej osi. Wyrzucają przy tym wzdłuż osi w obydwu kierunkach strumienie świecącej materii, co daje efekt obiektu pulsującego światłem.

Słońce i inne gwiazdy podobnej wielkości, po wypaleniu wodoru i następnie helu, zamieniają się najpierw w czerwone olbrzymy, a następnie kończą swój żywot jako białe karły.

Z powyższych danych wynika, że czarne dziury, kwazary oraz supernowe, nie są od siebie niezależne, gdyż supernowe zazwyczaj stają się czarnymi dziurami (o wielkości gwiazd), natomiast kwazary zawierają w sobie olbrzymie czarne dziury.