Mitä ovat mustat aukot? Tosiseikat, teoriat ja hämmennys siitä, miten mustat aukot muodostuvat ja käyttäytyvät

Kuule sanat 'musta aukko' ja saatat ajatella pyörivää pyörrettä, joka imee kaiken sen rintaan kuten setäsi hääbuffetissa. Voit kuvata, kuinka tähti vedetään kohti sitä kuin pala spagettia, räpyttelemässä tyhjää, kunnes se irrotetaan olemassaolosta. Todellisuus ei ole niin yksinkertainen tai herkullinen. Tässä on pohjamaalimme.

Mikä on musta aukko?

Mustat aukot ovat hämmentäneet fyysikkoja vuosisatojen ajan, mutta yksinkertainen kuvaus olisi alue avaruudessa, jolla on niin voimakas painovoima, että edes valo ei voi paeta vetonsa.

Yksi ensimmäisistä asioista, jotka mustista aukoista on ymmärrettävä, on, että ne eivät ole tyhjää tilaa, vaan aineet ovat tiivistetty hyvin pienelle alueelle. Mustalla aukolla voi olla esimerkiksi 20 tähden massa, mutta se voi olla vain Lontoon keskustan kokoinen. Tämä tiheys tekee outoja asioita ajan ja avaruuden laeille, joista yksi on tapahtumahorisontiksi kutsuttu teoreettinen este.

LUE SEURAAVA: Mustan aukon läpimurto paljastaa supertietokoneiden havaitsemat huojuvat suihkut

Katso aiheeseen liittyvä mustien aukkojen läpimurto paljastaa supertietokoneiden havaitsemat huojuvat suihkut. Vanhin koskaan löydetty supermassiivinen musta aukko on havaittu 13,7 miljardin valovuoden päässä

Albert Einsteinin yleissuhteellisuusteoriassa tapahtumahorisontti ei ole paluu. Kun esine lähestyy tapahtumahorisonttia, yhä useammat sen hiukkasten kulkemat polut taipuvat kohti mustaa aukkoa. Kun tapahtumahorisontti on ylitetty, aika-ajan muodonmuutos tulee niin suureksi, että hiukkasilla ei ole mitään tapaa liikkua ulospäin.

Tämä on kohta, jossa reikä muuttuu mustaksi, kun valo ei pääse pakenemaan vetämällä sitä eteenpäin, eteenpäin kohti painovoiman singulariteettia; piste, jossa aika-aika on muuttunut niin vääristyneeksi, sen kaarevuus on ääretön. Täällä kaikki fyysiset lait, sellaisina kuin ymmärrämme ne, heitetään ulos ikkunasta. Kukaan ei todellakaan tiedä, mitä tapahtuu singulariteetilla.

Kuinka suuria ovat mustat aukot?

Mustia aukkoja on neljä luokkaa, vaikka kaksi näistä on hypoteettisia. Spektrin yläosassa on supermassiivisia mustia aukkoja, joiden uskotaan olevan useimpien galaksien keskellä. Omalla Linnunradallamme, joka tunnetaan nimellä Jousimies A *, uskotaan olevan 4 miljoonan auringon massa, jonka tapahtumahorisontti on 44 miljoonaa kilometriä.

Taajuuden alaosassa on mikro-musta aukko, joka voi olla yhtä pieni kuin yksi atomi, vaikka emme ole vielä mitanneet yhtä tämän kokoa. Näiden kahden välissä on hypoteettisia välimassan mustia aukkoja ja tähtien mustia aukkoja - jotka syntyvät tähtien romahtamisen jälkeen, kun aurinkomme massa on noin kolme kertaa tai enemmän.

(Taiteilijoiden vaikutelma tähtien mustasta aukostaCygnus X-1. Luotto:NASA / CXC / M.Weiss)

Toinen mielenkiintoinen mahdollinen luokka on alkuperäinen musta aukko, jonka Stephen Hawking ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1971. Nämä hypoteettiset mustat aukot olisivat voineet muodostua maailmankaikkeuden syntymän aikana, ennen kuin tähdet syntyivät, ja niillä voi olla ratkaisevia selityksiä pimeän aineen olemassaololle. .

LUE SEURAAVA: Kaikkeutemme yksityiskohtaisin simulaatio on koskaan saanut aikaan hämmästyttävän miljardin valovuoden

Pyrkimykset löytää ne ovat toistaiseksi tulleet kuiviksi, vaikka tämä voi muuttua Ligo-Neitsyt-kumppanuuden ja sen gravitaatioaaltojen havaitsemisen ansiosta. Mahdollisuus havaita aaltoiluja aika-ajan kudoksessa voisi tasoittaa tietä jatkotutkimuksille katsomalla ajassa taaksepäin tähtiä edeltäviin mustien aukkojen fuusioihin.

Mitä tapahtuisi minulle, jos putosin mustaan ​​reikään?

Jos sinulla ei ollut tarpeeksi onnea löytääksesi sinut imettäväksi mustaan ​​aukkoon (lupaukseni), sinulle tapahtuu joitain outoja asioita, ja jotkut vielä kummallisempia asioita tapahtuu jollekulle, joka tarkkailee sinua turvalliselta etäisyydeltä.

Mitä tapahtuu, kun esine rikkoo tapahtumahorisonttia, ei ole helposti ymmärrettävissä, ja siksi, että tässä vaiheessa kaksi erilaista fysiikan mallia - kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria - ovat ristiriidassa keskenään.

Tästä neliöstä, jota kutsutaan mustaa aukkoa koskevaksi paradoksiksi, on kirjoitettu erinomaisesti Amanda GefterBBC . Sen ydin on seuraava: jos joku katselee sinua rikkovan tapahtumahorisonttia, avaruuden vääristyminen, ajan hidastuminen ja Hawkingsin säteilyn lämpö häviävät sinut hitaasti - mikä myös ohimennen lopulta haihtaa musta aukko.

Joten olet kuollut, eikö? Ei oikeastaan. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan kuljettaisit tapahtumahorisontin läpi huomaamatta painovoiman vaikutuksia, koska olisit vapaapudotuksessa (jotain Einstein kutsui hänen onnellisin ajatus ), romahtamalla kohti singulariteettia.

Mutta kuinka voit matkustaa avaruuden läpi ja polttaa samalla rapeaksi? Tämä pulma johtuu siitä, että kvanttifysiikan mukaan tietoa ei voi hävitä, ja siksi kehosi on pysyttävä horisontin ulkopuolella. Jos et ylitä tapahtumahorisonttia, rikot kuitenkin yleisen suhteellisuusteorian lakeja. Tutkijat ovat olettaneet useita ratkaisuja näiden ristiriitaisten luonnonlakien sovittamiseksi yhteen, mutta paradoksi on jatkuva kysymysmerkki fysiikan ytimessä.

Kun on kyse mustista aukoista, ei vain valoa voi paeta, vaan myös ajattelijoiden sukupolvien aivot.

vscode avaa tiedosto uudessa välilehdessä

Lead-kuvan luotto: Wikimedia Commons