Mikä on musta aukko?

Kiehtovaa ja väärinymmärrettyä mustat aukot ovat avaruuden alueita, joiden pintapainovoima on niin voimakas, ettei edes valo pääse karkaamaan. Sen rajaa kutsutaan tapahtumahorisontiksi ja sitä pidetään pisteenä, josta ei ole paluuta.

Kun aine pääsee tapahtumahorisonttiin, se imeytyy mustan aukon singulaarisuuteen, joka tiedemiesten teorioiden mukaan on äärettömän pieni ja tiheä piste, jossa fysiikan lait eivät enää päde. Mustat aukot eivät ole näkyvissä, joten tutkijat voivat havaita niiden läsnäolon vain sen perusteella, miten ympäröivä aine vaikuttaa.

John Michell ehdotti sitä ensin

Albert Einsteinin tunnustetaan joskus virheellisesti mustien aukkojen löytämisestä, mutta Cambridgen yliopiston professori John Michell sai idean jo vuonna 1783. Michell alkoi lopulta kysyä, kuinka nopeasti ammuksen pitäisi liikkua paetakseen painovoiman vetovoimaa. tähdestä, jonka halkaisija on 500 kertaa Auringon halkaisija. Tämän ajatuksen herätti henkiin Albert Einstein, joka vei sen uudelle tasolle suhteellisuusteoriallaan. Myöhemmin Carl Schwarzschild käytti Einsteinin suhteellisuusteoriaa laskeakseen, että mistä tahansa massasta voi tulla musta aukko, jos se puristetaan tarpeeksi tiukasti.

Kun teoriasta tuli todellisuutta

Uhuru-röntgensatelliitin vuonna 1971 havaitsemat tähtitieteilijät, jotka tutkivat Cygnuksen tähdistöä, löysivät röntgensäteitä mustasta aukosta, joka tunnetaan nimellä Cygnus X-1. Se on yli 6 000 valovuoden päässä Maasta ja noin 15 kertaa Auringon massaltaan se on yksi raskaimmista koskaan löydetyistä tähtien mustista aukoista. Koska se pyörii 800 kertaa sekunnissa, sitä ympäröivästä alueesta on tullut tila-aikapyörte.

Mustan aukon tyypit

Tutkimukset viittaavat siihen, että mustia aukkoja voi olla kolmea tyyppiä: tähtien, supermassiivisten ja pienoisaukkojen. Kun massiiviset tähdet kuolevat ja romahtavat, seurauksena on tähtien musta aukko. Tähtien mustien aukkojen massa on noin 10-20 kertaa Auringon massa. Tähtiin verrattuna supermassiiviset mustat aukot ovat miljoonia tai miljardeja kertoja suurempia kuin Aurinko. Niitä on monien suurten galaksien keskellä ja niillä voi olla rooli galaksien muodostumisessa. Miniatyyri mustia aukkoja ei ole koskaan löydetty, mutta niiden teoriassa on osa alkuräjähdystä.

Kierto mustissa aukoissa

Avaruuden alueen spinin mittaaminen ilman kiinteää pintaa on vaikeaa. Läheisten esineiden käyttäytymisen vuoksi tutkijat ovat oppineet, että jotkut mustat aukot pyörivät, kun taas toiset eivät. Pyörimättömällä mustalla aukolla – joka tunnetaan nimellä Schwarzschildin musta aukko – on singulaarisuus ja tapahtumahorisontti. Pyörivät mustat aukot, Kerr-mustat aukot, ovat yleisempiä ja muodostuvat romahtaneesta pyörivästä tähdestä. Niissä on samat osat kuin Schwarzschildissa sekä ergosfääri ja staattinen raja.

Jousimies A*:n löytäminen

Vuonna 1974 tutkijat havaitsivat, että Linnunradan galaksin keskustassa, 25 640 valovuoden päässä Maasta, on supermassiivinen musta aukko nimeltään Jousimies A*. Sgr A*:n ympärillä on usean miljoonan asteen kaasua ja sen massa on noin neljä miljoonaa kertaa aurinkoinen. Tutkijat vahvistivat, että Sgr A* oli todella paikalla tarkkailemalla pientä kiertävää tähteä, S2:ta, menevän mustan aukon painovoimaan 16 vuoden välein sekä sen, että sen soihdut liikkuvat noin 30 prosenttia valon nopeudella.

säleikkö kurkkuja varten

Vesijättö

Kun esine putoaa kohti mustaa aukkoa, muodostuu kaasusta, plasmasta tai pölystä tehtyjä roskia. Niiden luomaa virtausta kutsutaan accretion disk. Painovoiman vetovoiman ansiosta ne muodostavat monia esineitä, mukaan lukien planeetat, tähdet ja mustat aukot. Kun kaasu kiertyy suurella nopeudella supermassiivisiin mustiin aukkoihin, energiahiukkassuihkut ampuvat ulos keskustasta. Kasvulla uskotaan olevan rooli tässä prosessissa, koska se on tehokkaampi virtalähde.

Suoran romahtamisen tarkkaileminen

Vuonna 2009 Hubble-avaruusteleskooppi havaitsi 25 aurinkomassan tähden N6946-BH1 palavan yli miljoona kertaa normaalia kirkkaammin muutaman kuukauden aikana. Odotuksena oli, että siitä tulisi supernova. Sen sijaan se räjähti ja muodosti mustan aukon. Suora romahdus tapahtuu, kun tähti antautuu omalle vetovoimalleen sen kuollessa ja romahtaa itseensä muodostaen mustan aukon. Tutkijat arvioivat, että 10–30 prosenttia massiivisista tähdistä epäonnistuu tällä tavalla.

NCG 4889

NASA toteaa, että supermassiivisten mustien aukkojen massat ovat suurempia kuin miljoona auringon massaenergiaa. Galaksin NGC 4889 mustan aukon halkaisija on kuitenkin noin 130 miljardia kilometriä. Se on ollut lepotilassa miljardeja vuosia, jolloin tähdet voivat muodostua ja kiertää rauhanomaisesti. Mutta jos se törmää toisen galaksin kanssa, se voi aktivoitua uudelleen. Onneksi tämä supermassiivinen musta aukko on 300 miljoonan valovuoden päässä, eikä se ole uhka Linnunradalle tai Andromeda-galakseille.

Mustien reikien yhdistäminen

Vuonna 2011 tutkijat itse asiassa havaitsivat tapauksen, jossa NGC 3393:ssa mustia aukkoja sulautui. Näytti siltä, ​​että galaksin sydämessä olevaa mustaa aukkoa nielaisi suurempi aukko, jonka välillä on vain 490 valovuotta. Kun mustat aukot sulautuvat yhteen, se voi olla väkivaltainen ilmiö, jossa esineitä ja aineita repeytyvät ulos tai jopa sinkoutuvat ulos. Tällaisten pienten fuusioiden myötä tapahtumasta tuli kuitenkin suhteellisen rauhallinen.

Valkoinen aukko -ilmiö

Mustat aukot ovat niin voimakkaita, että mikään ei pääse tapahtumahorisonttiin, elleivät ne kulje valonnopeutta nopeammin. Mutta entä avaruusalue, jossa mikään ei pääse tapahtumahorisonttiin? Valkoiset aukot ovat mustien aukkojen teoreettinen vastakohta. Vuonna 2014 teoreettiset fyysikot Carlo Rovelli ja Francesca Vidotto ehdottivat, että kuolleet mustat aukot, jotka eivät enää voisi kutistua, kuolisivat ja muuttuisivat valkoisiksi aukoksi. Kysymyksiä muodostuu edelleen ja niihin vastataan niiden mahdollisesta olemassaolosta ja siitä, mitä tapahtuisi, jos ne kohtaisivat mustia aukkoja.