Miten mustat aukot muodostuvat?

Ensimmäinen kuva mustasta aukosta, otettu huhtikuussa 2019



Miten mustat aukot muodostuvat?

Jos voisit murskata maapallon marmorin kokoiseksi palloksi, siitä tulisi musta aukko. Mitä nämä mystiset olennot ovat?

Mustat aukot ovat omituisia esineitä, joilla on monia outoja ominaisuuksia, mutta useimmat kirjat ja artikkelit ovat korostaneet niiden eksoottisia puolia ja hämärtäneet niiden pohjimmiltaan yksinkertaista luonnetta.





Miten mustat aukot muodostuvat?

Tähtitieteilijät uskovat, että yksi kolmesta asiasta voi tapahtua tähdelle, kun sen polttoaine on loppunut, riippuen sen massasta. Aurinkoa vähemmän massiivinen tähti romahtaa, kunnes se muodostaa 'valkoisen kääpiön', jonka säde on vain muutama tuhat kilometriä. Jos tähdellä on yhdestä neljään kertaa Auringon massa, se voi tuottaa 'neutronitähden', jonka säde on vain muutama kilometri, ja tällainen tähti voidaan tunnistaa 'pulsariksi'. Suhteellisen harvat tähdet, joiden massa on yli neljä kertaa Auringon massa, eivät voi välttää romahtamista Schwarzschild-säteidensä sisällä ja mustia aukkoja. Joten mustat aukot voivat olla massiivisten tähtien ruumiita.

Useimmat tähtitieteilijät uskovat, että Linnunradan kaltaiset galaksit muodostuivat suuresta kaasupilvestä, joka romahti ja hajosi yksittäisiksi tähdiksi. Näemme nyt tähdet pakattuna tiukimmin yhteen keskellä eli ytimessä. On mahdollista, että aivan keskustassa oli liikaa ainetta muodostaakseen tavallisen tähden, tai että muodostuneet tähdet olivat niin lähellä toisiaan, että ne sulautuivat yhteen muodostaen mustan aukon. Siksi väitetään, että joidenkin galaksien keskellä voisi olla todella massiivisia mustia aukkoja, jotka vastaavat sataa miljoonaa Auringon kaltaista tähteä.



Ensimmäinen kuva mustasta aukosta

Huhtikuussa 2019 tähtitieteilijät ottivat ensimmäisen valokuvan mustasta aukosta.

Kuvan otti Event Horizon Telescope, joukko radioteleskooppeja ympäri maailmaa, jotka on suunniteltu erityisesti ottamaan kuva mustasta aukosta. Tämä musta aukko on 500 miljoonan biljoonan kilometrin päässä Maasta.

Mikä on musta aukko?

Jos pallo heitetään ylöspäin maan pinnasta, se saavuttaa tietyn korkeuden ja putoaa sitten takaisin. Mitä kovemmin sitä heitetään, sitä korkeammalle se nousee. Jos sitä heitetään tarpeeksi kovaa, se lopulta poistuisi ilmapiiristä ja jatkuisi. Mutta jos lisäisimme painovoimaa, esineen täytyisi kulkea yhä nopeammin, ennen kuin se pääsisi irti.



Jos Maa puristuisi pallon kokoiseksi, jonka säde on 9 mm, sen painovoima riittäisi estämään edes valonnopeudella liikkuvaa esinettä karkaamasta. Auringon tapauksessa Schwarzschildin säde, kuten se tunnetaan, olisi hieman alle 3 km.

Jos edes valoenergia ei kulje tarpeeksi nopeasti paetakseen (eikä mikään voi kulkea nopeammin), minkäänlaiset signaalit eivät pääse karkaamaan ja esine olisi 'musta'. Ainoa osoitus tällaisen esineen olemassaolosta on sen painovoiman veto. Pois pinnasta tämä on aivan sama kuin jos siellä olisi tavallinen saman massainen esine. Painovoiman läsnäolo tarkoittaa, että esineet voivat pudota siihen ja siten 'reikä'.

Joten musta aukko on niin kompakti esine, että pakonopeus sen pinnalta on suurempi kuin valon nopeus.



Kuinka voisimme nähdä mustan aukon?

Koska mustat aukot ovat pieniä, eikä niistä karkaa signaaleja, niiden löytäminen saattaa tuntua mahdottomalta tehtävältä. Painovoima kuitenkin säilyy, joten jos havaitsemme painovoiman, jossa ei ole näkyvää valonlähdettä, syynä voi olla musta aukko.

Tämän tyyppinen argumentti ei sinänsä ole kovin vakuuttava, joten meidän on etsittävä muita vihjeitä. Jos mustan aukon ympärillä on muuta materiaalia, joka saattaa pudota siihen, niin se putoaa. Silloin on hyvä mahdollisuus, että putoaessaan se tuottaa havaittavaa signaalia ei itse mustasta aukosta, vaan sen ulkopuolelta.

Asiat ovat melko erilaisia, jos galaksin keskustassa on massiivinen musta aukko. Siellä on mahdollista, että musta aukko nielee tähden. Painovoiman veto tällaiseen tähteen on niin voimakas, että se hajottaa sen komponenttiatomeiksi ja heittää ne suurella nopeudella kaikkiin suuntiin. Jotkut sirpaleista putoavat reikään ja lisäävät sen massaa, kun taas toiset voivat tuottaa radioaaltojen, valon ja röntgensäteiden purkauksen.



Tämä on vain käyttäytymistä, jota havaitaan 'kvasaarit'-tyyppisissä galakseissa ja saattaa hyvinkin tapahtua lievemmällä tavalla oman Linnunrattamme keskustassa.

selittämätön valo taivaalla

Kuninkaallisen observatorion tähtitieteilijät olivat osa ryhmää, joka havaitsi, että galaksi NGC 4151 sisältää noin 1000 miljoonaa kertaa Auringon massan keskittyen ydinalueelle, jonka halkaisija on enintään 4000 kertaa Maan ja Auringon välinen etäisyys. Todennäköisin selitys tällä hetkellä on, että suurin osa tästä massasta on keskellä olevassa mustassa aukossa.

Stephen Hawking

Suurin osa siitä, mitä tiedämme mustista aukoista nykyään, johtuu Stephen Hawkingista. Tunnettu tiedemies käytti Albert Einsteinin suhteellisuusteoriaa luodakseen vakaamman teoreettisen matemaattisen taustan mustien aukkojen teorialle. Hawking kuoli 14. maaliskuuta 2018, mutta hänen vaikutuksensa tieteeseen ja ymmärryksemme mustista aukoista on valtava.

Kuninkaallinen observatorio on avoinna päivittäin klo 10 alkaen

Varaa liput