A fekete lyukak

Az univerzumban a legbizarrabb és legérdekesebb jelenségek közé tartozó fekete lyukak a csillagok halálával születnek. Ha egy csillag magjának tömege akkora, hogy saját gravitációs tere összehúzó erejének nem tud ellenállni, akkor az égitest teljesen „összezsugorodik”. Az így létrejött objektum a fekete lyuk, melyből az összetömörült csillag gravitációs tere hatására semmilyen anyag vagy sugárzás sem szabadulhat ki, így a fény sem. Eseményhorizontnak nevezzük a feketelyuk hátárát, ami egy egyirányú átjáró: csak befelé lehet áthaladni rajta.

A fekete lyukak tömege legalább 2,5-3 naptömeg, átmérőjük néhány kilométeres. Lehetséges, hogy galaxisok centrumában több millió naptömegű, óriási fekete lyukak helyezkednek el, míg mikroszkopikus méretű fekete lyukak is létezhetnek.

Általában akkor jön létre egy csillagból élete végén fekete lyuk, ha tömege legalább 25 naptömeg. Megválaszolatlan kérdés, hogy egy fekete lyuk keletkezésekor végbemegy-e szupernóva-robbanás. A fekete lyukakat környezetükkel való kapcsolatuk alapján ismerhetjük fel, és figyelhetjük meg.

Többféle fekete lyuk létezik. Egyik fajtájuk a csillagok romjaiból keletkeznek. Ha a csillag az összes „üzemanyagát” elégeti, akkor összeroppan. Az akkora csillagok (vagy akár háromszor akkorák), mint a Nap, sűrű neutroncsillaggá vagy fehér törpévé tömörülnek. Egy nagyobb csillag összeomlásakor a mag gravitációja olyan erős, hogy az összezuhanás nem ér véget, hanem tovább sűrűsödik, míg végül egy fényelnyelő fekete lyuk lesz belőle. A keletkezett fekete lyuk aránylag apró, de sűrűsége nagyon magas. A körülbelül három naptömeg egy város területére zsugorodik össze, így a gravitáció akkora lesz, hogy minden részecskét a fekete lyuk felé fog húzni. Ennek következtében a fekete lyukak egyre nőnek, „tápanyaguk” a csillagközi gázok, porok és fények.

Bár a világegyetemben található fekete lyukak többnyire csillagokból keletkeztek, az uralkodó típusuk a szupermasszív fekete lyukak. Ezek az égitestek több milliárd naptömegűek is lehetnek, sugaruk mégis akkora lehet, mint a Napé. Egyes feltételezések szerint ilyen objektumok vannak a galaxisok közepén is, így a Tejút közepén is. Keletkezésükről nem tud biztosat a tudomány. Előfordulhat, hogy ezek az objektumok tízmilliárd éve jöttek létre, így volt idejük nőni a csillagközi anyagok elnyelésével. Egy másik hipotézis szerint több száz (esetleg több ezer) kisebb objektum egyesülésével jöttek létre ezek a monstrumok. Megint másik elgondolás szerint több fényévnyi kiterjedésű gázfelhők vagy komplett csillaghalmazok összeomlásakor keletkeztek a szupermasszívok.

A fekete lyukak természetét nehéz megfigyelni. Kis helyen óriási tömeg összpontosul egy égitestben, aminek gravitációs ereje hatalmas, így semmi nem menekülhet előle. A fekete lyukak mindent elnyelnek. A tudósok a porok és gázok elnyelésekor kibocsátott sugárzásból próbálják megismerni a fekete lyukak viselkedését. Azonban minél nagyobb egy fekete lyuk, annál nagyobb gáz és porfelhő veszi körül, ami ezt a sugárzást elnyeli. Előfordulhat, hogy az anyag elnyelésekor az eseményhorizonton torlódó anyagokról lepattan az anyag, vagy esetleg a fekete lyuk lövi ki, mint egy nyilat. Ezek nagy energiájú anyagsugarak, amik ha a Földet találják el, mi is észlelhetjük.

A fekete lyuk rétegei: külső eseményhorizont, belső eseményhorizont, szingularitás. A szingularitás az a pont, ahol a fekete lyuk koncentrálódik, a fekete lyuk belseje, ahol a tömeg van. A kvantummechanika szerint minden részecskének van egy anti-részecskéje, amiknek azonosak a tulajdonságaik, de elektromos töltésük ellentétes. Ha részecske és az anti-részecske ütközik, akkor kioltódnak. A Hawking-sugárzás az a jelenség, amikor az eseményhorizont környékén az egyik részecske bezuhan, a másik pedig kilökődik, így tulajdonképpen a fekete lyuk veszít a tömegéből, tehát néhány részecske mégis kiszökhet a fekete lyukból.

Az eseményhorizont sugara a Schwarzschild-sugár, másnéven gravitációs sugár. Ez egy minden tömeggel rendelkező testre megállapítható távolságérték. Kiszámítását az  képlet alapján végezhetjük el. Tehát a Schwarzschild-sugár értékét kapjuk, ha a gravitációs állandó és a test tömegének kétszeresét a fénysebesség négyzetével elosztjuk.

A NASA programot indított Nagy Obszervatóriumok néven. Az első felbocsátott objektum a Hubble űrtávcső volt. Ezen a programon belül bocsátották fel a Chandra űrtávcsövet is, ami nevét Subrahmanyan Chandraskharról kapta. A Chandrának köszönhetően megfigyelhetjük a Rák-köd körüli gyűrűket, képei összevethetők a Hubble képeivel. A Chandra fedezte fel, hogy az NGC 6240 galaxis magjában két fekete lyuk is kering egymás körül, távolságok körülbelül háromezer fényév. Feltehetőleg ezek százmillió évek múlva egyesülnek majd, amit a galaxis túlélhet. Többek között vizsgálja még a Tejút közepén elhelyezkedő Sagittarius A-t, az XTE J1550-et, a Mars légkörében keletkező röntgen-sugárzást, és a Tycho Brahe szupernóvájának maradványait.

Különös, hogy az égitest saját eseményhorizontján belül helyezkedik el, így az eseményhorizonton kívülről nem is látható. Elméletek szerint a fekete lyukak új univerzumok vagy dimenziók szülőhelye. Kevés biztos ismeretanyagunk van a fekte lyukakról, így egyesek szerint az időutazás vagy a fénynél gyorsabb utazás eszköze lehet. Mások szerint a galaxisban bárhol elérhető energiaforrás.

Született egy új elképzelés, miszerint az anyagok a fekete lyukban nem a szingularitásig zuhannak össze, hanem a fekete lyuk párolgásakor újból születő apró Planck-csillagig. Erre a következtetésre Carlo Rovelli és Fracesca Vidotto munkája vezet.

Elméletük szerint a fekete lyukakban rejtőzhetnek a szülőcsillaguk éteri kvantum-maradványa, sőt: a fekete lyukak párolgásakor újra fel is bukkanhatnak. Ha a „Planck-csillagok” tényleg léteznek, asztrofizikai problémákra születhetnek megoldások, és akár mai eszközökkel is megkereshetőek lennének nyomaik a csillagok között.

A két tudós szerint az Univerzumban a Planck-csillagok nagyon instabilak, mialatt egy fénysugár áthalad rajtuk, szétbomlanak. Külső nézőpontból pedig a Planck-csillag majdnem annyi ideig létezik, mint a fekete lyuk, mivel a magas gravitáció miatt a bent lévő idő nagymértékben lelassul. Így a hosszan fennmaradó Planck-csillag a párolgó fekete lyuk szűkülő eseményhorizontja mögül felbukkanhat. A benne tartalmazott információ újra hozzáférhető az Univerzum számára, tehát nincs információ-paradoxon. (Paradoxon: elméletileg nem juthat ki a fekete lyukból semmi, mégis párolog.)

Hogy mikor válik bizonyossá a Planck-csillagok létezése, a modellek pontosságán, a mérések érzékenységén, és a kutatók türelmén múlik.

Tíz érdekesség a fekete lyukakról:

1. Ha belezuhannál egy fekete lyukba, a gravitáció spagettivé nyújtana. Aggódni nem kell, eddigre már rég halott volnál.
2. A fekete lyuk nem „szív magába”. A szívóhatás az, amikor vákuumba szívódik valami, a fekete lyuk pedig nagyjából a vákuum ellentéte. A dolgokat nem beszívja, hanem a dolgok zuhannak bele.
3. Érdekes módon Einstein már 1916-ban megjövendölte a fekete lyukak létezését az általános relativitáselméletben.
4. A „fekete lyuk” elnevezést 1967-ben alkotta meg John Wheeler amerikai csillagász.
5. Az első fekete lyuknak tartott objektum a Cygnus X-1 volt. Geiger számlálós szondák később nyolc új röntgen-sugárzást kibocsátó objektumot észleltek. 1971-ben rádiójeleket fogtak be a Cygnus X-1 felől, és megtalálták óriási, rejtőzködő társát: egy fekete lyukat.
6. Már a Nagy Bumm után formálódhattak mini-fekete lyukak, ugyanis a gyorsan kitáguló tér egyes régiókat apró, sűrű, a Napnál is kevesebb tömegű fekete lyukakká nyomhatott össze.
7. A Cygnus X-1 egy barátságos fogadás tárgya volt 1974-ben Stephen Hawking és fizikustársa, Kip Thorne között. Abban fogadtak, hogy vajon fekete lyuk-e az érintett objektum vagy sem. Hawking szerint nem – 1990-ben elismerte a vereségét.
8. Ha egy csillag túl közel sodródik egy fekete lyukhoz, a fekete lyuk könnyedén széthasíthatja.
9. A tudomány szerint csak a Tejút-galaxisban kb. tízmillió és egymilliárd közöttire tehető a fekete lyukak száma.
10. A húrelmélet és a fekete lyukak közti kapcsolat még több fajta lehetséges gigász-objektum létezését teszi lehetővé, mint a hagyományos fizika.

Felhasznált irodalom:

• http://galaktika.hu/csillagok-felfaloi-a-fekete-lyukak/
• http://mek.oszk.hu/00500/00556/00556.htm#22
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Fekete_lyuk
• http://www.csillagaszat.hu/hirek/asztrofizika-hirek/af-csillagok-vegallapotai/szulnek-e-planck-csillagokat-a-fekete-lyukak/
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Nagyon_nagy_t%C3%B6meg%C5%B1_fekete_lyuk
• Larousse
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Szupern%C3%B3va
• Roger Penrose, Stephen Hawking: A tér és az idő természete
• http://www.space.com/26005-camelopardalids-meteor-shines-as-bright-as-jupiter-in-night-sky-video.html
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild-sug%C3%A1r
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Chandra_%C5%B1rt%C3%A1vcs%C5%91
• http://www.csillagaszat.hu/tag/planck-csillag/

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.