MUSTAT AUKOT AVARUUDESSA
Mustissa aukoissa on paljon enemm{n kuin voi silmill{ n{hd{.
Tosiasiassa silm{si eiv{t koskaan n{e mustaa aukkoa avaruudessa,
vaikka k{ytt{isit apuna kaikkein kehittyneint{ teleskooppia. Syy
siihen on se ett{ mustan aukon materia on niin tiivist{ ja sill{ on
niin valtava painovoima ett{ se est{{ jopa valoa pakenemasta.
Kuten muukin elektromagneettinen s{teily (radioaallot,
infrapunas{teet, ultraviolettis{teily, r|ntgens{teet ja
gammas{teily), valo on Maailmankaikkeuden nopein matkustaja. Se
liikkuu l{hes 300 000 kilometri{ sekunnissa. Sellaisella nopeudella
voisit kiert{{ Maapallon seitsem{n kertaa jokaisen syd{menly|nnin
v{liss{.
Jos valo ei voi paeta mustasta aukosta, siit{ seuraa ett{ mik{{n
muukaan ei voi. Sent{hden ei ole mit{{n suoraa keinoa huomata mustaa
aukkoa.
Tosiasiassa t{rkein todistusaineisto mustien aukkojen
olemassaolosta ei tulekaan havainnoista vaan Einsteinin Yleiseen
Suhteellisuusteoriaan perustuvien monimutkaisten yht{l|iden
ratkaisuista. Muiden asioiden ohessa laskelmat osoittavat ett{
mustia aukkoja saattaa esiinty{ eri kokoisina ja ne voivat olla
runsaampia kuin useimmat meist{ k{sitt{v{t.
PIENET MUSTAT AUKOT
Jotkut mustat aukot ovat teoreettisesti l{hes yht{ vanhoja kuin
Suuri Pamaus, joka on hypoteettisesti synnytt{nyt
Maailmankaikkeutemme 10-20 miljardia vuotta sitten. T{ss{ syntyv{ss{
Maailmankaikkeudessa olleen tiiviin kuuman materian joidenkin osien
pikaisen alkulaajentumisen on sanottu puristaneen v{hemm{n nopeasti
liikkuvia osia niin paljon ett{ j{lkimm{iset ovat tulleet
ylitiiviiksi ja romahtaneet edelleen muodostaen mustia aukkoja.
N{in muodostuneiden aukkojen joukossa saattaa olla mikroskooppisen
pieni{ mustia aukkoja.
Pieni musta aukko saattaa olla yht{ pieni kuin atomin osanen mutta
sis{lt{{ yht{ paljon massaa kuin Mount Everest. [l{ koskaan
aliarvioi pienen mustan aukon voimaa. Jos joku tapahtuma saisi sen
vapautumaan, se olisi kuin miljoonat vetypommit r{j{ht{isiv{t
samanaikaisesti.
KUINKA T[HDET KUOLEVAT
Kaikkein laajinta tukea on annettu teorialle ett{ musta aukko on
j{ttil{ist{hden kuoleman luonnollinen lopputuote. T{m{n teorian
mukaan Aurinkomme kaltaiset ja muunlaisetkin t{hdet joita n{emme
taivaalla el{v{t niin pitk{{n kuin sen ytimess{ ydinreaktioista
syntyv{ l{mp|energia ja s{teily tarjoaa riitt{v{n ulosp{in
suuntautuvan paineen ehk{isem{{n t{hden oman valtavan massan
aiheuttamaa painovoimaa.
Kun t{hti kuluttaa loppuun ydinpolttoaineensa, se sortuu oman
painovoimansa alle ja kirjaimellisesti romahtaa sis{{np{in.
Kvanttimekaniikasta ja Einsteinin Yleisest{ Suhteellisuusteoriasta
johdettujen yht{l|iden mukaan t{hden j{ljell{ oleva massa m{{r{{
tuleeko siit{ valkoinen k{{pi|, neutronit{hti vai musta aukko.
VALKOISET K[[PI\T
T{hti{ mitataan tavallisesti vertaamalla niit{ meid{n Aurinkomme
massaan. T{hti jonka j{ljell{ oleva massa on suunnilleen sama kuin
Aurinkomme, tiivistyy osapuilleen Maan kokoiseksi. T{hden
kutistuminen pys{htyy toisiaan vasten puristuvien elektronien ja
niiden atomiytimien yhteiseen vastukseen. Materia t{ss{
romahtaneessa t{hdess{ on niin tiukasti pakkautunut ett{ sokeripalan
kokoinen kappale painaisi tuhansia kiloja. Painovoimakutistuminen
saattaisi my|s tehd{ t{hden valkohehkuiseksi. Sit{ kutsutaankin
sopivasti valkoiseksi k{{pi|ksi.
Astronomit ovat huomanneet valkoisia k{{pi|it{ avaruudessa.
Ensimm{inen l|yt| oli planeetan kokoinen kohde joka n{ytti
vaikuttavan suhteettoman vahvalla painovoimalla taivaalliseen
kumppaniinsa, niin kutsuttu koirat{hti Sirius, jolla on noin 2.28
kertaa meid{n Aurinkomme massa. K{vi ilmi ett{ t{m{n planeetan
kokoisen kohteen olisi pit{nyt olla suunnilleen yht{ massiivinen
kuin Aurinkomme vaikuttaakseen Siriukseen niin kuin se teki. Lis{ksi
spektrianalyysi osoitti ett{ t{hden v{ri oli valkoinen.
N{ihin ja muihin tutkimuksiin pohjautuen astronomit p{{tteliv{t
ett{ he olivat l|yt{neet valkoisen k{{pi|n. Kesti kuitenkin useita
vuosia vuoden 1914 l|yd|n j{lkeen ennen kuin useimmat tiedemiehet
hyv{ksyiv{t tosiasian ett{ tuhansia kertoja tihe{mpi kohde kuin mik{
oli mahdollista Maapallolla saattoi olla olemassa.
NEUTRONIT[HDET JA SUPERNOVAT
J{ttil{ist{hdet menett{v{t tavallisesti suurimman osan massastaan
normaalin el{m{ns{ aikana. Jos sellainen t{hti s{ilytt{{ yh{ 1.5 - 3
aurinkomassaa kulutettuaan loppuun ydinpolttoaineensa, se saattaa
romahtaa jopa viel{ valtavampaan tiheyteen ja pienemp{{n kokoon kuin
valkoinen k{{pi|. Syy on se ett{ on olemassa tietty raja johon asti
elektronit voivat vastustaa puristusta atomiydinten l{heisyydess{.
T{ss{ tapauksessa tuo raja rikkoutuu. Elektronit kirjaimellisesti
ajautuvat atomiytimiin yhdistyen protoneihin muodostaakseen
neutroneja ja muuttaen siten ytimet neutroneiksi. Tuloksena olevaa
kohdetta kutsutaan osuvasti neutronit{hdeksi. Se saattaa olla vain
muutamia kilometrej{ halkaisijaltaan. Sokeripalan kokoinen kappale
t{t{ t{hte{ voisi painaa noin puoli triljoonaa kiloa.
Toisinaan kun elektronit ajautuvat protoneihin atomiytimiss{,
neutriinoja r{j{ht{{ ulosp{in niin voimallisesti ett{ ne r{j{ytt{v{t
t{hden ulomman kerroksen pois. T{m{ saa aikaan supernovan joka
saattaa tilap{isesti himment{{ loistollaan kaikki muut t{hdet
galaksissa.
Kaikkein huomattavin kohde jonka uskotaan olevan neutronit{hti on
Kravun T{htisumu, j{{nn|s supernovasta jonka havaitsivat ja josta
kertoivat kiinalaiset astronomit vuonna 1504. T{htisumussa oleva
t{hdenkaltainen kohde vilkuttaa tai sykkii noin 30 kertaa sekunnissa
n{kyv{{ valoa, radioaaltoja sek{ r|ntgen- ja gammas{teit{.
Radiopulssien uskotaan olevan tuloksena py|riv{ll{ t{hdell{ olevan
pisteen ja t{hden magneettikent{n v{lisest{ vuorovaikutuksesta. Kun
t{hti py|rii, t{m{ piste on teoreettisesti vuoroin Maata kohti ja
vuoroin poisp{in Maasta. Pulssien v{lisen ajan merkitsem{ suuri
py|rimisnopeus osoittaa, ettei t{hti ole enemp{{ kuin muutaman
kilometrin halkaisijaltaan, koska jos se olisi suurempi, se
repeytyisi osiin keskipakoisvoimien vaikutuksesta.
PULSARIT
Radioteleskoopit ovat havainneet suuren m{{r{n muita kohteita jotka
l{hett{v{t tasaisen taajuisia radiosignaaleja. Ne on nimetty
pulsareiksi. Kuten Kravun T{htisumussa oleva kohteen, niidenkin
oletetaan olevan py|rivi{ neutronit{hti{.
N{ist{ pulsareista vain Vela-pulsari -- joka saa nimens{
sijainnistaan Velan (Purjeet) t{htikuviossa -- sykkii lyhyemm{ll{
aallonpituudella kuin radio. Kuten Krapu-pulsari, Vela-pulsarikin
sykkii n{kyv{ll{ ja gammas{teilyn aallonpituuksilla. Kuitenkin,
toisin kuin Krapu-pulsari, se ei ole r|ntgens{depulsari. N{iden
erojen muodostaman mysteerin ohella tiedemiehet pohtivat my|s syit{
gamma-, r|ntgen- ja n{kyv{n valon taajuisiin pulsseihin. Kuten
aiemmin huomattiin, he ovat yht{ mielt{ radiopulssien alkuper{st{.
MUSTAT AUKOT
Kun t{hdell{ on kolme auringon massaa tai enemm{n j{ljell{
kulutettuaan loppuun ydinpolttoaineensa, siit{ voi tulla musta aukko.
Kuten valkoisella k{{pi|ll{ ja neutronit{hdell{, t{m{n t{hden
tiheys ja painovoima kasvavat kutistumisen yhteydess{. Sent{hden
t{hden pakonopeus (nopeus joka tarvitaan t{hdelt{ pakenemiseen)
kasvaa. Kun t{hti on kutistunut Schwarzschildin s{teelle, joka on
nimetty sen miehen mukaan joka ensimm{isen{ laski sen, sen
pakonopeus saattaisi olla melkein 300 000 kilometri{ sekunnissa,
mik{ on sama kuin valon nopeus. Sent{hden valo ei voisi koskaan
l{hte{ t{hdelt{.
J{ttil{ist{hden kutistuminen Schwarzshildin s{teelle edustaa
uskomatonta massan pakkautumista ja koon pienenemist{. Matemaatikot
ovat esimerkiksi laskeneet ett{ 10 auringon massaisen t{hden
kulutettua loppuun ydinpolttoaineensa sen Schwarzshildin s{de on
noin 30 kilometri{.
----------------------------------------------------------------------
Yleisen Suhteellisuusteorian Lain mukaan avaruus ja aika ovat
painovoiman v{{rist{mi{ tai k{yrist{mi{. Aika teoreettisesti OSOITTAA
MUSTAAN AUKKOON KAIKISTA SUUNNISTA. L{hte{kseen mustasta aukosta
kohteen, jopa valon pit{isi menn{ taaksep{in ajassa. Joten mik{
tahansa joka putoaisi mustaan aukkoon, katoaisi
Maailmankaikkeudestamme.
----------------------------------------------------------------------
Schwarzshildin s{teest{ tulee mustan aukon "tapahtumahorisontti",
aukon raja jolta ei ole paluuta. Mik{ tahansa joka ylitt{{
tapahtumahorisontin ei koskaan voi l{hte{ mustasta aukosta.
Tapahtumahorisontin sis{puolella t{hti jatkaa kutistumistaan kunnes
se saavuttaa avaruus-aika -singulariteetin, jota moderni tiede ei
helposti pysty m{{rittelem{{n. Se saattaisi olla {{rett|m{n tiheyden
tila jossa materia menett{{ kaikki tutut ominaisuutensa.
Teoreettisesti t{hdelt{ saattaa kulua alle sekunti mustaksi aukoksi
romahtamiseen. Suhteellisuuden vaikutuksesta me emme kuitenkaan
pystyisi koskaan n{kem{{n sellaista tapahtumaa. T{m{ johtuu siit{
ett{, kuten osoitettiin vertaamalla avaruusaluksen kelloja
Maanpinnalla oleviin kelloihin, painovoima voi hidastaa, ehk{ jopa
pys{ytt{{, ajan. Romahtavan t{hden painovoima hidastaisi aikaa niin
paljon ett{ n{kisimme t{hden romahtavan katsoimmepa miten kauan
tahansa.
Heti kun musta aukko on muodostunut, se survoo singulariteettiin
mink{ tahansa joka ylitt{{ sen tapahtumahorisontin. Kun musta aukko
nielee materiaa, sen tapahtumahorisontti laajenee. T{t{
laajentumista rajoittaa vain materian saatavuus. Uskomattoman
valtavat mustat aukot jotka pit{v{t luonaan miljardien aurinkojen
massojen murskattuja j{{nn|ksi{ ovat teoreettisesti mahdollisia.
Todisteet sellaisten ylitiheiden t{htien kuin valkoisten
k{{pi|iden ja neutronit{htien olemassaolosta ovat tukeneet ajatusta
ett{ mustia aukkoja, jotka edustavat sit{ mik{ saattaa olla
{{rimm{inen tiheys, t{ytyy my|s olla olemassa. Mahdollisia mustia
aukkoja, t{hti{ joilla on kolme kertaa Aurinkomme massa tai enemm{n,
on taivas t{ynn{. Mutta kuinka astronomit voivat huomata mustan aukon?
KUINKA MUSTAT AUKOT VOIDAAN EP[SUORASTI HAVAITA
Tiedemiehet l|ysiv{t ep{suorat keinot sen tekemiseen. Menetelm{t
koskevat mustia aukkoja jotka ovat kaksoist{htij{rjestelmien
j{seni{. Kaksoist{htij{rjestelm{ koostuu kahdesta verrattain
l{hekk{isest{ toisiaan kiert{v{st{ t{hdest{. Toisin kuin Aurinkomme,
useimmat t{hdet esiintyv{t pareittain.
Jos toinen kaksoisj{rjestelm{n t{hdist{ olisi tullut mustaksi
aukoksi, aukko ilmaisisi olemassaolonsa, vaikkakin n{kym{tt|m{n{,
painovoimavaikutuksillaan toiseen t{hteen. N{m{ vaikutukset olisivat
sopusoinnussa Newtonin Lain kanssa: Kahden kappaleen keskin{inen
vetovoima on suoraan verrannollinen niiden v{lisen et{isyyden neli||n.
Syy on se ett{ tapahtumahorisonttinsa ulkopuolella mustan aukon
painovoima on sama kuin muiden kohteiden.
Tiedemiehet ovat my|s ratkaisseet ett{ oleellinen osa mustaa
aukkoa kiert{v{n materian energiasta muuntuu t|rm{ysten,
pakkautumisen ja kuumenemisen vuoksi r|ntgen- ja gammas{teiksi jotka
n{kyv{t tiettyin{ spektrin ominaispiirtein{. S{teily on per{isin
materiaalista kun se tempautuu aukon tapahtumahorisontin yli, jota
sen s{teily ei voi paeta.
MADONREI[T
Jotkut tiedemiehet spekuloivat ett{ mustaan aukkoon menev{ materia
saattaa selviyty{. Erikoisissa olosuhteissa se saattaa joutua
k{yt{viin joita kutsutaan "madonrei'iksi" sukeltaakseen esiin
toisessa ajassa tai toisessa maailmankaikkeudessa. Mustat aukot
temppuilevat teorian mukaan tilan ja ajan kanssa.
NASAN OBSERVATORION HAVAINNOT
Musta aukko -kandidaatteja -- ilmi|in{ n{kyvi{ musta aukko
-efektej{ -- on l|ydetty ja tutkittu sellaisten NASAn satelliittien
kautta kuin Small Astronomy Satellites (SAS) ja paljon suuremmat
Orbiting Astronomical Observatories (OAO) sek{ High Energy
Astronomical Observatories (HEAO). Lupaavin kandidaatti on Cygnus
X-1, n{kym{t|n kohde Cygnuksen, Joutsenen t{htikuviossa. Cygnus X-1
tarkoittaa ett{ se on ensimm{inen Cygnuksesta l|ydetty
r|ntgens{teilyl{hde. N{kym{tt|m{st{ kohteesta per{isin olevilla
r|ntgens{teill{ on samanlaisia ominaispiirteit{ kuin on ennustettu
tulevan materiasta kun se putoaa mustaa aukkoa kohti. Materiaali
tempautuu ilmeisesti aukon kaksoisseuralaisesta, suuresta, noin 30
auringon massaisesta t{hdest{. Mustan aukon painovoimavaikutuksiin
n{kyv{{n t{hteen perustuen aukon massan on arvioitu olevan noin
kuusi kertaa Aurinkomme massa. Aikanaan j{ttim{inen n{kyv{ t{hti
voisi my|s romahtaa neutronit{hdeksi tai mustaksi aukoksi tai
tempautua pala palalta olemassaolevaan mustaan aukkoon laajentaen
merkitt{v{sti aukon tapahtumahorisonttia.
MUSTAT AUKOT JA GALAKSIT
On teoretisoitu ett{ liikkuvat mustat aukot, jotka sis{lt{v{t
miljoonien tai miljardien kuolleiden t{htien j{{nn|kset, saattavat
sijaita Linnunratamme kaltaisten galaksien keskustoissa ja ett{
valtavat py|riv{t mustat aukot voivat olla kvasaarien ja aktiivisten
galaksien voimanl{htein{. Kvasaarien uskotaan olevan varhaisessa
v{kivaltaisessa kehitysvaiheessa olevia galakseja kun taas
aktiiviset galaksit on pantu merkille niiden tuottamien tavattomien
energioiden vuoksi, jotka ovat enimm{kseen per{isin niiden ytimist{.
Er{{n Yleisen Suhteellisuusteorian osan mukaan, jota kutsutaan
Penrosen Prosessiksi, suurin osa mustia aukkoja kohti putoavasta
materiasta kuluu samalla kun j{ljelle j{{nyt osa sinkoutuu ulosp{in
suuremmalla energialla kuin alkuper{inen putoava oli. Energiaa antaa
aukon uskomattoman nopea py|riminen. Hiljaisten tavallisten
galaksien kuten Linnunratamme sanotaan olevan sellaisia vain siksi
ettei niiden keskustoissa olevilla mustilla aukoilla ole l{hell{{n
materiaalia jota sy|d{.
T{m{ tilanne voisi muuttua jonkun t{htiparven mahdollisesti
hajaantuessa aukon l{hettyvill{ l{hett{en t{hti{ luisumaan aukkoon.
Sellainen tapahtuma voisi saada galaksimme ytimen r{j{ht{m{{n
toimintaan, vapauttaen runsain m{{rin voimakasta gammas{teily{ joka
viskautuisi galaksimme poikki kuin kuoleman s{de, tuhoten el{m{n
Maapallolla ja kaikkialla muualla miss{ sit{ ehk{ oli esiintynyt.
MUSTAT AUKOT JA GALAKSIPARVET
Jotkut astronomit uskovat ett{ j{ttil{ism{isten mustien aukkojen
vetovoimakent{t saattavat pit{{ yhdess{ valtavia galaktisia parvia
kuten Virgo-parvea joka koostuu noin 2500 galaksista. T{llaiset
parvet muodostuivat Suuren Pamauksen j{lkeen noin 10 - 20 miljardia
vuotta sitten. Miksi ne eiv{t levinneet satunnaisesti kun
Maailmankaikkeus laajeni, sit{ ei ole ymm{rretty, koska
havaittavissa on vain murto-osa massasta joka tarvitaan pit{m{{n ne
yhdess{. NASAn Hubble -Avaruuskaukoputki ja AXAF -Teleskooppi
tulevat tarjoamaan monin verroin enemm{n tietoa kuin maanp{{lliset
observatoriot varusteineen ja vaikuttavat osaltaan t{m{n ja muiden
Maailmankaikkeutemme salaisuuksien ratkaisemisessa.
MUSTAT AUKOT JA MAAILMANKAIKKEUTEMME
Maailmankaikkeutemme on teorian mukaan alkanut pamauksessa joka
l{hetti sen palaset ulosp{in kaikkiin suuntiin. T{h{n menness{
astronomit eiv{t ole l|yt{neet tarpeeksi massaa kumoamaan t{m{n
laajentumisen. J{ljelle on j{{nyt kuitenkin mahdollisuus, ett{
puuttuva massa saattaa olla suljettuna huomaamattomiin mustiin
aukkoihin jotka ovat yleisempi{ kuin kukaan tajuaa.
Jos on olemassa tarpeeksi mustia aukkoja kumoamaan
maailmankaikkeuden laajenemisen, mit{ sitten? Tulevatko kaikki
t{hdet, galaksit ja muu materia maailmankaikkeudessa luhistumaan
sis{{np{in kuin t{hti joka on kuluttanut loppuun ydinpolttoaineensa?
Syntyyk| yksi laaja musta aukko, jonka sis{ll{ maailmankaikkeus
kutistuu {{rimm{iseksi singulariteetiksi?
Laskemalla taaksep{in yli 10 miljardia vuotta jotkut kosmologit
j{ljitt{v{t nykyisen maailmankaikkeutemme singulariteetiksi. Onko
singulariteetti sek{ maailmankaikkeutemme alussa ett{ lopussa? Onko
maailmankaikkeutemme vain kehitysvaihe singulariteettien v{lill{?
N{m{ kysymykset voivat olla teoreettisempia kuin k{sit{mme.
Tiedemiehet sanovat, ett{ jos itse maailmankaikkeus on suljettu eik{
mik{{n voi paeta siit{, saatamme jo olla mustassa aukossa.
(NASA)
Suomennos: Jarmo J{rvinen