Mustat aukot ovat ulkoavaruuden alueita, joissa on niin paljon massaa pienessä tilavuudessa, että on tapahtumahorisontti - avaruusalue, josta mikään, edes valo, ei pääse. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että mustat aukot imevät ainetta. Ne vain houkuttelevat häntä. Tiedetoimittaja Forbes hajottaa yhden myytteistä mustista reikistä.
Mustat aukot ovat ulkoavaruuden alueita, joilla on niin paljon massaa pienessä tilavuudessa, että on tapahtumahorisontti - avaruusalue, josta mikään, ei edes valo, voi paeta. Mutta tämä ei tarkoita, että mustat aukot imevät ainetta. Ne vain houkuttelevat häntä.
Mustat aukot ovat ehkä kaikkein kummallisimpia ja hämmästyttävimpiä esineitä maailmankaikkeudessa. Siellä valtava massa on keskittynyt hyvin pieneen tilavuuteen, ja mustat aukot romahtavat väistämättä yksinäisyystilaan, jota ympäröivät tapahtumahorisontit, joiden yli mikään ei voi mennä. Nämä ovat maailmankaikkeuden tiheimpiä esineitä. Kun jokin pääsee liian lähelle heitä, mustan aukon voimat repivät sen erilleen. Kun aine, antiaine tai säteily ylittää tapahtumahorisontin, ne putoavat yksinkertaisesti mustan aukon keskelle suurentamalla sitä ja lisäämällä sen massaa.
Nämä mustien aukkojen ominaisuudet ovat olemassa, ja kaikki on totta. Mutta tähän liittyy yksi idea, joka on ehdoton fiktio: että mustat aukot imevät ympärillään olevaa ainetta. Tämä on hyvin kaukana totuudesta, ja se on painovoiman kuvan täydellinen vääristyminen. Suurin myytti mustista aukoista on, että ne imevät ainetta. Ja tässä on tieteellinen totuus.
Periaatteessa ja käytännössä musta aukko voi muodostua monin tavoin. Suuri, massiivinen tähti voi mennä supernovaksi, jonka keskeinen ydin romahtaa ja muodostaa mustan aukon. Voit nähdä, kuinka kaksi neutronitähteä sulautuu, ja jos ne ylittävät tietyn massakynnyksen, tuloksena on uusi musta aukko. Joko valtava ainejoukko (supermassiivinen tähti tai jättimäinen kutistuvan kaasun pilvi) romahtaa ja muuttuu suoraan mustaksi aukoksi.
Jos riittävän massa on riittävän keskitetyssä tilavuudessa, sen ympärille muodostuu tapahtumahorisontti. Kun olemme tapahtumahorisontin ulkopuolella, voimme siirtyä pois siitä, jos siirrymme pois mustasta aukosta valon nopeudella. Mutta jos olemme tapahtumahorisontin sisällä, niin jopa valon nopeudella, joka on kosmisen nopeuden raja, mikä tahansa liikerata johtaa meidät edelleen mustan aukon keskipisteeseen eli singularisuuteen. Tapahtumahorisontin sisällä on yksinkertaisesti mahdotonta paeta mustasta aukosta.
Mutta mustan aukon ulkopuolella olevilla esineillä on myös paljon ongelmia. Mustat aukot ovat niin massiivisia, että jos pääsemme lähemmäksi yhtä niistä, alamme kokea merkittäviä vuorovesi-voimia. Saatat tuntea nämä vuorovesi voimat, jos tiedät, mikä kuu on ja miten se on vuorovaikutuksessa maan kanssa.
Kuuta ja maata voidaan tietysti pitää aineellisina pisteinä, jotka ovat kaukana toisistaan suhteellisen suurella 380 tuhannen kilometrin etäisyydellä. Mutta itse asiassa maa ei ole piste, vaan esine, jolla on tietty ja varsin todellinen tilavuus. Jotkut maapallon alueet ovat lähempänä kuuta kuin toiset. Lähempänä olevat kokevat painovoiman keskimääräistä enemmän. Etäisemmät kokevat vähemmän kuin keskimääräinen painovoima.
Mainosvideo:
Mutta etäisyyseron lisäksi on muitakin piirteitä. Kuten kaikki fyysiset esineet, Maa on kolmiulotteinen. Tämä tarkoittaa, että maapallon "yläosa" ja "alaosa" (kuulta katsottuna) vedetään sisäänpäin kohti sen keskiosaa suhteessa niihin osiin, jotka ovat keskellä.
Kaikella tällä, jos vähennämme keskimääräisen voiman, joka esiintyy missä tahansa maan päällä, näemme, että pinnan eri pisteet altistuvat Kuun ulkoisille voimille eri tavoin. Näiden voimien linjat muodostavat esineeseen vaikuttavat suhteelliset voimat ja selittävät, miksi hyökyaallon vaikutuksen alainen esine vedetään sitä kohti ja puristetaan kohtisuoraan tämän voiman suuntaan.
Mitä enemmän pääsemme lähemmäksi massiivista kohdetta, sitä enemmän vuorovesi kasvaa. Ne kasvavat jopa painovoimaa nopeammin! Koska mustilla aukoilla on valtava massa, mutta ne ovat hyvin pienikokoisia, ne luovat kaikkein voimakkaimmat vuorovesi. Tästä syystä, kun lähestymme mustaa aukkoa, venymme yhä enemmän ja muutumme ohuiksi spagetteiksi.
Tämän perusteella on hyvin helppo ymmärtää, miksi musta aukko voi imeä meitä sisään. Mitä enemmän lähestymme sitä, sitä voimakkaammaksi painovoima tulee, ja sitä enemmän vuorovesi alkaa venyttää ja repiä meitä.
Ajatus siitä, että voimme imeytyä mustaan aukkoon, on kuitenkin väärä. Kaikki hiukkaset, jotka muodostavat mustan aukon vaikutuksen alaisen objektin, noudattavat edelleen tunnettuja fysiikan lakeja, mukaan lukien aika-ajan kaarevuussääntö yleisestä suhteellisuudesta.
Kyllä, massan läsnäolon vuoksi avaruuden kangas taipuu ja musta aukko on suurin massan kertyminen maailmankaikkeudessa. Mutta on myös totta, että tämän massan tiheys ei millään tavalla vaikuta avaruuden kaarevuuteen. Jos aurinko korvaa saman massan valkoisen kääpiön, neutronitähden tai mustan aukon, painovoiman voima maapallolla ei muutu. Ympärillämme oleva tila on kaareva kokonaismassasta kokonaisuudessaan, eikä tiheydellä ole käytännössä mitään tekemistä sen kanssa.
Etäisyydellä musta aukko on kuin mikä tahansa muu massa universumissa. Mutta jos lähestymme sitä useiden Schwarzschild-pallon säteiden etäisyydellä, alamme havaita poikkeamia Newtonin painovoimasta. Musta aukko toimii kuitenkin edelleen yksinkertaisesti painopisteenä, ja sitä lähestyvät esineet kiertävät normaalilla kiertoradalla: ympyrä, ellipsi, paraboli tai hyperboli erittäin hyvällä likiarvolla.
Vuorovesivoimat voivat aiheuttaa lähestyvien esineiden venymisen ja repeämisen. Ja kun aine kerääntyy mustan aukon ympärille kertymälevyn muodossa, voi syntyä muita seurauksia, kuten magneettikenttiä, kitkaa ja kuumenemista. Tämän lisävaikutuksen vuoksi osa asiasta hidastuu ja musta aukko nielaisee sen, mutta suurin osa siitä jää silti ulkopuolelle.
Tosiasia on, että mustat aukot eivät ime mitään. Kaikilla muilla tavallisilla esineillä (kuut, planeetat, tähdet) on samat voimat kuin mustalla aukolla. Joka tapauksessa kaikki on vain painovoimaa. Suurin ero on, että mustat aukot ovat tiheämpiä kuin useimmat esineet, vievät paljon vähemmän tilaa avaruudessa ja voivat olla paljon massiivisempia kuin mikään muu esine. Saturnus lentää hiljaa kiertoradallaan Auringon ympärillä, mutta jos Linnunradan keskelle sijoitetun auringon sijasta laitamme mustan aukon, jonka massa on neljä miljoonaa kertaa tähtemme massa, vuorovesivoimat rikkovat Saturnuksen, muuttamalla sen valtavaksi renkaaksi, ja siitä tulee kiinteä osa kerääntymiskiekkoa tämä sama musta aukko. Ja jos aineen aiheuttaman painovoiman läsnä ollessa on riittävästi kitkaa, lämmitystä ja kiihtyvyyttä,sähkö- ja magneettikentät, sitten ajan myötä se putoaa sisäänpäin ja niellään.
Näyttää vain siltä, että mustat reiät absorboivat ainetta, koska ne ovat hyvin massiivisia, ja mustan aukon ympärille kertyneet vuorovesi- ja aineosat voivat repiä ulkoiset esineet paloiksi, minkä jälkeen osa tällaisesta esineestä on vetovoiman vaikutuksesta kiinnityskiekon sisällä, ja ajan mittaan ja itse mustan aukon sisällä. Mutta musta aukko on hyvin hieno, ja valtaosa sen lähellä kulkevasta aineesta sylkee takaisin muodossa tai toisessa. Ja vain pieni osa putoaa tapahtumahorisontin sisälle pakottaen mustan aukon kasvamaan vähitellen.
Jos korvataan koko maailmankaikkeuden massa mustalla aukolla vastaavalla massalla ja poistetaan sitten kaikki, mikä luo kitkaa, esimerkiksi kiertymälevyjä, musta aukko imee hyvin vähän. Hiukkaset kärsivät vain kitkasta gravitaatioaaltojen säteilyn vuoksi, jotka kulkevat mustan aukon muodostaman kaarevan avaruusajan läpi. Einsteinin teorian mukaan vain se aine, joka on vakaan syklisen kiertoradan sisällä ja keskellä, imeytyy sisälle. Tämä on vähäpätöinen verrattuna fyysisen todellisuuden tapahtumahorisontin sisäpuolelle.
Tämän seurauksena meillä on vain painovoima ja kaareva tila-aika, joka syntyy näiden massojen läsnäolosta. Ajatus siitä, että mustat aukot imevät jotain, on suurin myytti. Ne lisääntyvät painovoiman vuoksi, eikä mikään muu. Mutta maailmankaikkeudessa tämä on enemmän kuin tarpeeksi.
Ethan Siegel