Heidän nimensä mukaan mustat aukot huijaavat salaperäisyyttä. He ovat havaitsemattomia, hallitsemattomia ja - yli 50 vuotta ensimmäisen ennusteensa vuonna 1916 jälkeen - paljastuneita. Tähtitieteilijät ovat sittemmin löytäneet todisteita mustista reikistä universumissamme, mukaan lukien supermassiivinen reikä oman Linnunradan ytimessä. Näistä kosmisista arvoituksista on vielä paljon tuntematonta, mukaan lukien mitä tapahtuu asioille, jotka he imevät titaanisen painovoimansa kanssa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuinka astrofyysikot löysivät mustan reiän, josta kukaan muu ei voinut
- Tähtitieteilijät pääsevät koskaan lähemmäksi mustaa reikää
- Supermassiiviset mustat reiät saattavat olla yleisempiä kuin aiemmin ajatellut
Viisikymmentä vuotta sitten fyysikko John Wheeler auttoi popularisoimaan termiä "musta aukko" kuvauksena supermassiivisten tähteiden romahtuneille jäänteille. Useita muita kuuluisia tähtitieteen termejä, kuten "madonreikiä", kehittäneen ja popularisoivan Wheelerin mukaan ehdotus tuli yleisön jäseneltä tähtitieteellisessä konferenssissa, jossa hän puhui, kun hän oli toistuvasti käyttänyt ilmausta "painovoimaisesti romahtaneet esineet kuvaamaan kosmista jättiläisiä.
No, kun olen käyttänyt tätä ilmausta neljä tai viisi kertaa, joku yleisöstä sanoi: "Miksi et kutsu sitä mustaksi reikäksi." Joten hyväksyin sen ”, Wheeler kertoi tiedekirjailija Marcia Bartusiakille.
Wheeler antoi nimen idealle, jonka Albert Einstein tutki ensin 50 vuotta aikaisemmin, vaikutusvaltaisessa yleisen suhteellisuusteorian teoriassa. Einsteinin teoria osoitti, että painovoima on seurausta tilan massan ja ajan vääristymästä esineiden massan avulla. Vaikka Einstein itse vastusti jatkuvasti tunnustamasta mustien reikien mahdollisuutta, muut fyysikot käyttivät hänen pohjatyötään galaktisten hirviöiden muotoiluun. Fysiikka J. Robert Oppenheimer, atomipommin kuuluisuudesta, nimitti nämä elimet "jäätyneiksi tähtiin" viitaten fyysikko Karl Schwarzschildin esittämään keskeiseen ominaisuuteen pian sen jälkeen, kun Einstein julkaisi teoriansa.
Tuo piirre oli "tapahtumahorisontti": mustaa reikää ympäröivä viiva, josta on mahdotonta paeta. Tällainen horisontti on olemassa, koska tietyllä etäisyydellä nopeus, joka tarvitaan atomin irtaantumiseksi mustan aukon painovoimasta, tulee suuremmaksi kuin valon nopeus - maailmankaikkeuden nopeusrajoitus. Kun olet ylittänyt tapahtumahorisontin, ajatellaan, että kaikki asia, joka käsittää, hajotetaan voimakkaasti voimakkaiden gravitaatiovoimien avulla ja lopulta murskataan äärettömän tiheyden pisteeseen mustan aukon keskellä, jota kutsutaan singulaarisuudeksi. Ei aivan miellyttävä tapa edetä.
Tämä yksityiskohtainen selitys kuolemasta mustan aukon kautta on kuitenkin teoreettinen. Mustien reikien voimakas painovoima vääristää ajan kulumista niin paljon, että mustan aukon ulkopuolella oleville tarkkailijoille yhdeksi putoavat esineet vaikuttavat hidastuvan ja "jäätyvän" tapahtumahorisontin lähellä, ennen kuin ne vain häviävät. (Kuulostaa paljon mukavammalta.)
Toisin sanoen, huolimatta tämän tapahtumahorisontin tärkeydestä, tutkijat eivät ole koskaan tosiasiallisesti todistaneet sen olemassaoloa. Ja koska on jopa vaikea löytää edes mustia aukkoja (koska valo ei pääse niistä pakoon, ne ovat näkymättömiä useimmille teleskoopeille), paljon vähemmän tarkkailemalla niitä, ei ole ollut monia mahdollisuuksia kokeilla. Koska ei ole vakuuttavia todisteita, jotkut astrofysiikot ovat teorioineet, että jotkut esineistä, joita kutsumme mustiksi reikiksi, saattavat olla dramaattisesti erilaisia kuin mitä olemme uskoneet, ilman erillisyyttä ja tapahtumahorisonttia. Sen sijaan ne voivat olla kylmiä, tummia, tiheitä esineitä, joilla on kovat pinnat.
Tämä mustan aukon skeptisyys alkoi houkutella omaa skeptisyyttään, kun kaukoputket ottivat lopulta mustia reikiä vastaan jotain erikoista. Viimeisen seitsemän vuoden aikana "ihmiset alkoivat nähdä tähtiä putoamasta mustiin reikiin", sanoo Austin Teksasin yliopiston astrofysiikka Pawan Kumar, jossa Wheeler muuten opetti teoreettista fysiikkaa vuosikymmenen ajan. "Nämä ovat erittäin kirkkaita asioita, jotka voidaan nähdä miljardien valovuosien päässä."
Tämän jälkeen on havaittu enemmän näistä kirkkaista, suhteellisen nopeista tähden nielemisistä. Viime vuonna Kumar päätti, että nämä valonpäästöt tekisivät hyvän testin todistaakseen tapahtumahorisontin olemassaolon. "Suurin osa yhteisön ihmisistä oletti, ettei kovaa pintaa ole", Kumar sanoo. Hän kuitenkin painottaa, "tieteessä on oltava varovainen. Tarvitset todisteita."
Joten Kumar ja hänen yhteistyökumppaninsa Ramesh Narayan, Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksesta, työskentelivät vuonna 2016 laskeakseen, millaisia vaikutuksia voisit odottaa nähdäksesi, onko mustan aukon nielemä tähti todella törmäämässä kovaan pintaan. Se olisi aivan kuin esineen murskaaminen kalliota vastaan, Kumar sanoo, luomalla voimakasta kineettistä energiaa, joka säteilee lämpöä ja valoa kuukausia tai jopa vuosia.
Kolmen ja puolen vuoden aikana suoritetun teleskooppitiedon tarkistuksessa ei kuitenkaan löydetty mitään tapauksia valaisista allekirjoituksista, jotka hän ja Narayan laskisivat, vapautuisi, jos tähdet osuisivat kovan pinnan mustaan reikään. Todennäköisyyden perusteella tutkijat olivat ennustaneet, että heidän olisi pitänyt löytää ainakin 10 esimerkkiä kyseisestä ajanjaksosta.
Kumar kutsuu tätä tutkimusta, joka julkaistiin tänä vuonna Royal Astronomical Society -lehden Monthly Notices -lehdessä, "hyvän kokoiseksi askeleksi" tapahtumahorisontin olemassaolon todistamiseksi. Mutta se ei silti ole aivan todiste. Kovan pinnan musta aukko voisi teoreettisesti vielä olla olemassa hänen tutkimuksensa laskelmissa. Mutta sen pinnan säteen tulisi olla noin millimetrin päässä mustan aukon Schwarzschild-säteestä tai pisteestä, jossa nopeus, joka tarvitaan sen painovoiman päästämiseksi, olisi yhtä suuri kuin valon nopeus. (Huomaa, että Schwarzschild-säde ei ole aina sama kuin tapahtumahorisontti, koska myös muilla tähtiesineillä on painovoima).
"Rajoitukset, jotka tämä paperi asettaa mahdollisen kiinteän pinnan sädelle - 4 tuhatosaa prosentista Schwarzschildin säteen ulkopuolelta supermassiiviselle kompaktille esineelle - on vaikuttava", sanoo NASA: n astrofysiikan tutkija Bernard Kelly, joka ei ollut mukana tässä tutkimuksessa.
Kumarilla on jo valmisteilla tutkimusta rajoittaa tätä rajaa entisestään siihen pisteeseen, jossa olisi melkein varmaa, ettei mitään kovan pinnan mustia reikiä voi olla. Tämä hänelle olisi luotettava todiste siitä, että perinteiset mustat aukot ovat ainoat sellaiset mustat aukot, jotka miehittävät maailmankaikkeuden. "Jos se valmistuu, se sulkee mielestäni melko paljon kentän", Kumar sanoo. "Meillä on vankka näyttö Einsteinin teorian oikeudesta."
