Gdzie więc są te wszystkie czarne dziury?
Co do tego nie ma wątpliwości, idea czarnych dziur jest jednym z najbardziej niesamowitych pomysłów, jakie mogły człowiekowi przyjść do głowy. Pierwsi natknęli się na nie fizycy teoretycy, próbujący na początku dwudziestego wieku rozwiązać równania ogólnej teorii względności Einsteina. Wyglądało na to, że teoria przewidywała istnienie obiektów, w których materia była tak skondensowana, że nic, nawet światło, nie mogło wydostać się z ich powierzchni. Wielu ludzi sądziło z początku, że czarne dziury były jedynie tworem wyobraźni teoretyków, lecz w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zaczęli traktować je poważnie i zastanawiać się nad ich istnieniem w przyrodzie.
Jest wiele sposobów przedstawiania czarnych dziur. Najprostszy opisuje je jako masę stłoczoną w tak małej przestrzeni, wywierającą tak ogromną siłę grawitacyjną, że jeżeli wyślemy z jej powierzchni błysk światła w górę, światło to nigdy jej nie opuści. Można również powiedzieć to trochę bardziej abstrakcyjnie, że masa jest tak skupiona, iż owija się dookoła przestrzenią jak kocem. W jakikolwiek sposób myślałoby się o czarnej dziurze, otrzyma się miejsce odcięte od reszty Wszechświata. Każde światło, jakie do niej dotrze, już jej nie opuści (stąd nazwa).
Naukowcy rozpatrują trzy różne rodzaje czarnych dziur, lecz (może to być pewną niespodzianką) w przyrodzie mamy ostateczne dowody na istnienie tylko jednego z nich.
Kwantowe czarne dziury
Niektóre teorie wysuwają sugestie, że cała przestrzeń (nie wyłączając tej, która teraz nas otacza) jest usiana mikroskopijnymi czarnymi dziurami. O wiele mniejsze niż cząstki wewnątrz atomu, te czarne dziury stanowią, jak się przypuszcza, pieniste tło dla bardziej znanych obiektów. Chociaż kilku teoretyków (a w szczególności Stephen Hawking) sugerowało, że takie czarne dziury mogą istnieć, nie ma na to dowodów. Faktycznie, nie jestem pewien, czy ktokolwiek wie nawet, jak ich szukać. Obecnie kwantowe czarne dziury są jedynie błyskiem w oku teoretyka.
Gwiazdowe czarne dziury
Są tym, co większość ludzi rozumie pod pojęciem „czarna dziura”. Idea ich istnienia bierze się stąd, że gdy bardzo wielkie gwiazdy – o masie ponad trzydziestokrotnie większej od masy Słońca – stają się supernowymi, a następnie, pod miażdżącą siłą własnej grawitacji, zapadają się, wciągają za sobą otaczającą przestrzeń. Obiekty te powinny mieć olbrzymią masę, rozmiary zaś zaledwie kilku kilometrów.
Jeżeli gwiazdowa czarna dziura tkwi sama jedna w przestrzeni, to jest ona praktycznie niemożliwa do wykrycia z Ziemi. Czego więc właściwie mielibyśmy szukać? Tak więc poszukiwania koncentrują się na znajdowaniu układów podwójnych gwiazd, z których jedna gwiazda jest widoczna, a druga towarzysząca – czarna dziura – jest niewidoczna. Śledząc ruch widzialnego partnera, można wydedukować własności niewidocznego towarzysza. Najlepszym dotychczas kandydatem jest układ podwójny zwany Nowa Persei 1992 („nowa gwiazda w gwiazdozbiorze Perseusza z 1992 roku”). Jest to gwiazda krążąca po orbicie wokół niewidocznego towarzysza, który ma zbyt dużą masę, by być czymś innym niż czarną dziurą. Układ ten od czasu do czasu wysyła błyski promieniowania rentgenowskiego (przypuszczalnie w wyniku wpadania materii do czarnej dziury) i dlatego zwrócił na siebie uwagę astronomów. Teraz znamy już kilka takich układów podwójnych, w których mogłyby znajdować się gwiazdowe czarne dziury.
Galaktyczne czarne dziury
Istnieją bardzo przekonujące dowody, świadczące o istnieniu olbrzymich czarnych dziur w samych środkach galaktyk. W czasie pisania tego artykułu największa z nich ważyła 40 milionów razy więcej niż Słońce. Tak jak gwiazdowych czarnych dziur, obiektów tych nie można zobaczyć bezpośrednio, lecz możemy widzieć jak wpływają one na swoje najbliższe otoczenie. To, co obserwujemy, to obłoki gazu krążącego wokół środków galaktyk. Jeśli tam są tylko gwiazdy, to obłoki bliżej środka będą poruszać się wolniej niż obłoki znajdujące się dalej. Jeżeli natomiast obłoki krążą wokół czarnej dziury, wówczas im bliżej centrum, tym szybciej się poruszają. Jest to dosyć wyraźny sygnał istnienia tam czarnej dziury.
Naukowcy posługujący się teleskopami naziemnymi zebrali do tej pory dowody istnienia tych wielkich czarnych dziur w niektórych galaktykach, nie wyłączając naszej Drogi Mlecznej (której centralna czarna dziura ma skromne rozmiary – być może poniżej miliona mas Słońca). Od czasu naprawienia Teleskopu Kosmicznego Hubble’a poszukiwania mogą być jednakże rozszerzone, gdyż przyrząd ten może badać centra odległych galaktyk bardzo szczegółowo. Pytanie, jakie będą sobie zadawać astronomowie przez następne dziesięciolecie, brzmi: czy każda galaktyka ma w środku czarną dziurę?
Odkrycie galaktycznych czarnych dziur rozszerzy naszą wiedzę o strukturze galaktyk, a potwierdzenie istnienia gwiazdowych czarnych dziur pogłębi nasze zrozumienie cyklu ewolucyjnego gwiazd o dużych masach. Lecz najważniejszym wynikiem dowodów świadczących o istnieniu czarnych dziur będzie, jak sądzę, potwierdzenie tego, że nawet najbardziej szalone przewidywania teoretyczne mają szansę stać się rzeczywistością w tym dziwnym Wszech-świecie, w którym żyjemy.