From asteroids capable of destroying entire species, to gamma-ray bursts and supernovae that could exterminate life on Earth, outer space has no shortage of forces that could wreak havoc on our tiny planet. But there’s something in space that seems more terrifying than any of these – something that wipes out everything it comes near. Could the Earth be swallowed by a black hole?
Od asteroid zdolnych zgładzić całe gatunki, po rozbłyski gamma i supernowe, które mogą zniszczyć życie na Ziemi, kosmos ma niezliczone możliwości siania spustoszenia na naszej planetce. Ale jest coś we wszechświecie, co zdaje się być jeszcze bardziej przerażające... Coś mogącego unicestwić cokolwiek, co tylko się zbliży. Czy czarna dziura mogłaby połknąć Ziemię?
A black hole is an object so dense that space and time around it are inescapably modified, warped into an infinite sink. Nothing, not even light, can move fast enough to escape a black hole’s gravitational pull once it passes a certain boundary, known as the event horizon. Thus, a black hole is like a cosmic vacuum cleaner with infinite capacity, gobbling up everything in its path, and letting nothing out.
Czarne dziury to obiekty tak gęste, że czas i przestrzeń dookoła nich zostają nieodwracalnie zniekształcone, wciągane przez nieskończony wir. Nic, nawet światło, nie porusza się na tyle szybko, aby uciec sile przyciągania czarnej dziury po przekroczeniu pewnej granicy, zwanej horyzontem zdarzeń. Czarna dziura to taki kosmiczny odkurzacz z nieskończoną pojemnością, pochłaniający wszystko na swojej drodze, ale nie wypuszczający już niczego.
To determine whether a black hole could swallow the Earth, we first have to figure out where they are. But since they don’t emit light, how’s that possible? Fortunately, we’re able to observe their effect on the space around them. When matter approaches a black hole, the immense gravitational field accelerates it to high speed. This emits an enormous amount of light. And for objects too far away to be sucked in, the massive gravitational force still affects their orbits. If we observe several stars orbiting around an apparently empty point, a black hole could be leading the dance. Similarly, light that passes close enough to an event horizon will be deflected in a phenomenon known as gravitational lensing.
Aby stwierdzić, czy czarna dziura pochłonęłaby Ziemię musimy najpierw dowiedzieć się, gdzie one się znajdują. Ale jak to możliwe, skoro nie emitują żadnego światła? Na szczęście możemy zaobserwować to, co dzieje się dookoła nich. Kiedy materia zbliży się do czarnej dziury, gigantyczne pole grawitacyjne przyśpiesza ją do ogromnych prędkości. Powstaje wtedy niesamowita ilość światła. Jeśli obiekty znajdują się zbyt daleko, aby je wciągnąć, ogromna siła grawitacji i tak wpływa na ich orbity. Jeżeli zaobserwujemy kilka gwiazd krążących wokół, wydawałoby się, niczego, może nimi dyrygować właśnie czarna dziura. Podobnie światło będące wystarczająco blisko horyzontu zdarzeń, zostanie załamane przez zjawisko tak zwanego soczewkowania grawitacyjnego.
Most of the black holes that we’ve found can be thought of as two main types. The smaller ones, called stellar mass black holes, have a mass up to 100 times larger than that of our sun. They’re formed when a massive star consumes all its nuclear fuel and its core collapses. We’ve observed several of these objects as close as 3000 light-years away, and there could be up to 100 million small black holes just in the Milky Way galaxy. So should we be worried? Probably not. Despite their large mass, stellar black holes only have a radius of around 300 kilometers or less, making the chances of a direct hit with us miniscule. Although because their gravitational fields can affect a planet from a large distance, they could be dangerous even without a direct collision. If a typical stellar-mass black hole were to pass in the region of Neptune, the orbit of the Earth would be considerably modified, with dire results.
Większość odkrytych czarnych dziur dzielimy na dwa typy. Mniejsze, zwane czarną dziurą gwiazdową, mają masę 100 razy większą od Słońca. Powstają, gdy ogromna gwiazda zużywa całe swoje paliwo jądrowe i jej jądro zapada się. Zaobserwowaliśmy kilka takich obiektów o 3000 lat świetlnych od nas, może być ich nawet 100 miliardów w naszej Drodze Mlecznej. Powinniśmy się martwić? Raczej nie. Pomimo swojej ogromnej masy, ich promień mierzy zaledwie 300 km, co sprawia, że nasze bezpośrednie trafienie na nie jest minimalne. Ale z powodu swojej grawitacji, mogącej wpływać na planety ze sporej odległości, mogą być niebezpieczne, nawet jeśli się z nimi nie zderzymy. Jeśli taka czarna dziura pojawiła by się koło Neptuna, orbita Ziemi uległaby znaczącej zmianie, co miałoby katastrofalne skutki.
Still, the combination of how small they are and how vast the galaxy is means that stellar black holes don’t give us much to worry about. But we still have to meet the second type: supermassive black holes. These have masses millions or billions times greater than that of our sun and have event horizons that could span billions of kilometers. These giants have grown to immense proportions by swallowing matter and merging with other black holes. Unlike their stellar cousins, supermassive black holes aren’t wandering through space. Instead, they lie at the center of galaxies, including our own. Our solar system is in a stable orbit around a supermassive black hole that resides at the center of the Milky Way, at a safe distance of 25,000 light-years. But that could change. If our galaxy collides with another, the Earth could be thrown towards the galactic center, close enough to the supermassive black hole to be eventually swallowed up. In fact, a collision with the Andromeda Galaxy is predicted to happen 4 billion years from now, which may not be great news for our home planet.
Mimo to, ich niewielkie rozmiary przy tak przepastnej galaktyce sprawiają, że nie musimy się ich obawiać. Ale wciąż możemy natrafić na drugi rodzaj: supermasywne czarne dziury. Mają masy miliony lub miliardy razy większe od Słońca, a ich horyzont zdarzeń rozciąga się na miliardy kilometrów. Te giganty urosły do niesamowitych rozmiarów, połykając materię i łącząc się z innymi czarnymi dziurami. W odróżnieniu od gwiezdnych kuzynów, supermasywne czarne dziury nie wędrują przez kosmos. Zamiast tego znajdują się w centrum galaktyk, w tym w naszej. Nasz Układ Słoneczny jest na stabilnej orbicie wokół takiej dziury, znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej, w bezpiecznej odległości 25 000 lat świetlnych. Ale to może się zmienić. Jeśli nasza galaktyka zderzy się z inną, Ziemia może zostać wyrzucona w kierunku centrum galaktyki, na tyle blisko supermasywnej czarnej dziury, że zostanie w końcu wciągnięta. Zderzenie z Galaktyką Andromedy według przewidywań nastąpi za 4 miliardy lat, co może nie być dobrą nowiną dla naszej planety.
But before we judge them too harshly, black holes aren’t simply agents of destruction. They played a crucial role in the formation of galaxies, the building blocks of our universe. Far from being shadowy characters in the cosmic play, black holes have fundamentally contributed in making the universe a bright and astonishing place.
Ale zanim ocenimy je zbyt surowo, czarne dziury sieją nie tylko zniszczenie. Odgrywają kluczową rolę w formowaniu galaktyk, elementów budulcowych wszechświata. Daleko im do czarnych charakterów z kosmicznej sztuki. Czarne dziury znacząco przysłużyły się do uczynienia wszechświata jasnym i zdumiewającym miejscem.