Must auk on ülisuure osakaaluga (tavaliselt päikesest suurem) ja massiga ruumiline nähtus äärmiselt kompaktne, mille tulemuseks on nii tugev gravitatsiooniväli, et selles pole osakesi ega kiirgust õnnestub välja tulla.
Kuna isegi valgus imetakse sisse, tõestavad musta augu olemasolu täheldatavad gravitatsioonilised tagajärjed. selle ümbruses, eriti läheduses asuvate taevakehade orbiidimuutuste tõttu, mida auk ligi tõmbab must.
Lisaks väidavad astronoomid ja teadlased, et must auk võib olla jälgitav selle valguse kiirguse tõttu.
Esimene auk mustast august
Esimene pilt 40 miljardi kilomeetri läbimõõduga mustast august, mis asub Galaxy M87-s, 50 miljoni valgusaasta kaugusel Maast. Foto: horisontaalteleskoobi sündmus.
Esimene kujutis mustast august avaldati 2019. aasta aprillis Brüsselis toimunud konverentsil. Pärast kahte aastat vaatlusi ja uurimist leidis selle rahvusvaheline projekt nimega Event Horisondi teleskoop (EHT), mis ühendab maailmas ligi tosinat raadioteleskoopi Euroopast poolakani Lõunasse.
Pildil on musta augu ainus nähtav osa kuldne ring, mida astronoomid kutsuvad "sündmuse silmapiir " (sündmuse silmapiir portugali keeles) või "pöördumiskoht".
Sündmuse horisondi keskmes on arvutamatu massitihedus, mida nimetatakse singulaarsuseks. Selle punkti raskusjõud on nii tugev, et ükski ümbritsev ese ei pääse.
Teoreetiliselt suudaks musta augu gravitatsiooniväljale vastu seista vaid miski, mis liigub kiiremini kui valguse kiirus. Sel põhjusel pole võimalik täpselt teada, mis juhtub imetud asjaga.
Kuidas tekib must auk?
Mustad augud moodustuvad taevakehade gravitatsioonilistest varingutest. Need nähtused tekivad siis, kui keha (tavaliselt tähtede) siserõhk on oma massi säilitamiseks ebapiisav. Nii et kui tähe tuum gravitatsiooni tõttu kokku variseb, plahvatab taevakeha, vabastades tohutul hulgal energiat sündmusena, mida nimetatakse supernoova.
Supernova tüüpiline pilt.
Supernoova ajal surutakse sekundi murdosa jooksul kogu tähe mass südamikku, kui see liigub umbes 1/4 valguse kiirusest (tegelikult on universumi kõige raskemad elemendid just sel hetkel loodud).
Siis põhjustab plahvatus a neutronitäht või kui täht on piisavalt suur, tekib tulemuseks must auk, mille astronoomiline kogus kontsentreeritud massi loob eelnimetatud gravitatsioonivälja. Selles peab põgenemiskiirus (kiirus, mis on vajalik osakesele või kiirgusele, et atraktsioonile vastu seista) olla vähemalt suurem kui valguse kiirus.
Kui suur on must auk?
Mustad augud on erineva suurusega. Väikseimat teadusele teadaolevat nimetatakse ürgseteks mustadeks aukudeks ja arvatakse, et need on aatomi suurused, kuid kogu mäe massiga.
Keskmisi musti auke (mille mass on kuni 20 korda suurem kui päikese kogumass) nimetatakse tähtedeks. Selles kategoorias on väikseim avastatud must auk 3,8 korda suurem kui päikesemass.
Suurimaid kataloogitud musti auke nimetatakse supermassiivideks, mis asuvad sageli galaktikate keskel. Näiteks on Linnutee keskmes Ambur A, must auk, mille mass võrdub 4 miljoni kordse päikese massiga.
Siiani nimetatakse suurimat teadaolevat musta auku S50014 + 81, mille mass on nelikümmend miljardit korda suurem kui päikese mass.
Mustade aukude tüübid
Saksa teoreetiline füüsik Albert Einstein sõnastas gravitatsiooniga seotud hüpoteeside kogumi, mis oli aluseks kaasaegse füüsika tekkele. See ideekomplekt sai nime Üldrelatiivsusteooria, milles teadlane tegi mitu murrangulist tähelepanekut mustade aukude gravitatsioonimõjude kohta.
Einsteini jaoks on mustad augud „aegruumi deformatsioonid, mis on põhjustatud massilisest kontsentreeritud ainest“. Tema teooriad edendasid piirkonnas kiiret arengut ja võimaldasid liigitada erinevat tüüpi musti auke:
Schwarzschildi must auk
Schwarzschildi mustad augud on need, millel puudub elektrilaeng ja neil pole ka nurki, st nad ei pöörle ümber oma telje.
Kerri must auk
Kerri mustadel aukudel puudub elektrilaeng, kuid need pöörlevad ümber oma telje.
Reissner-Nordstromi must auk
Reissner-Nordstromi mustad augud kannavad küll elektrilaengut, kuid ei pöörle ümber oma telje.
Kerr-Newmani must auk
Kerr-Newmani mustad augud kannavad elektrilaengut ja pöörlevad ümber oma telje.
Teoreetiliselt saavad igasugused mustad augud lõpuks Schwarzschildi (staatilised ja laadimata) mustadeks aukudeks, kui nad kaotavad piisavalt energiat ja lõpetavad pöörlemise. Seda nähtust tuntakse Penrose'i protsess. Sellistel juhtudel on ainus viis ühe Schwarzschildi musta augu eristamiseks selle massi mõõtmisega.
Musta augu struktuur
Mustad augud on nähtamatud, kuna nende gravitatsiooniväljast on isegi valguse eest möödapääsmatu. Seega on must auk tumeda pinna välimusega, kust midagi ei kajastu ja pole tõendeid selle kohta, mis juhtub elementidesse, mis sinna sisse imetakse. Alustades nende ümbruses põhjustatud mõjude jälgimisest, struktureerib teadus mustad augud sündmuste horisondiks, singulaarsuseks ja ergosfääriks.
Sündmuse silmapiir
Musta augu gravitatsioonivälja piiri, kust midagi ei täheldata, nimetatakse sündmuste horisondiks või tagasiteed pole.
Graafiline kujutis sündmuse horisondist, mille pakub NASA, kus vaadeldakse täiuslikku kera, kust valgust ei paista.
Hoolimata sellest, et tegelikult on tegemist lihtsalt gravitatsiooniliste tagajärgedega, peetakse sündmuste horisondi osaks musta augu struktuurist, kuna see on nähtuse vaadeldava ala algus.
Selle kuju on staatilistes mustades aukudes teadaolevalt sfääriline ja pöörlevate mustade aukude puhul kaldus.
Sest gravitatsiooniaja laienemine, musta augu massi aegruumile avaldatav mõju põhjustab sündmuste horisondil isegi väljaspool selle ulatust järgmised mõjud:
- Kaugele vaatlejale nihkuks sündmuse horisondi lähedal olev kell aeglasemalt kui kaugemal. Seega näib, et mis tahes mustasse auku imetud objekt aeglustub, kuni see näib olevat ajas halvatud.
- Kaugel vaatlejal omandaks sündmuste horisondile lähenev objekt punaka tooni, mis on füüsiline nähtus, mida tuntakse punase nihkena, kuna valguse sagedust vähendab augu gravitatsiooniväli must.
- Objekti vaatenurgast mööduks aeg kogu universumi kiirendatud kiirusega, teie jaoks aga aeg normaalselt.
Singulaarsus
Musta augu keskpunkti, kus tähe mass on muutunud lõpmatult kontsentreerituks, nimetatakse singulaarsuseks, millest on vähe teada. Teoreetiliselt sisaldab singulaarsus kokku kukkunud tähe kogu massi, millele lisandub kõigi gravitatsioonivälja poolt imetud kehade mass, kuid sellel pole mahu ega pinda.
Ergosphere
Ergosfäär on tsoon, mis ümbritseb sündmuste horisondi pöörlevate mustade aukudega, milles taevakeha on võimatu paigal püsima.
Ka Einsteini suhtelisuse järgi kipub iga pöörlev objekt aegruumi enda lähedale lohistama. Pöörlevas mustas augus on see efekt nii tugev, et statsionaarseks jäämiseks oleks vaja taevakeha liikuda vastassuunas valguse kiirusest suurema kiirusega.
Oluline on mitte segi ajada ergosfääri efekte sündmuste horisondi mõjudega. Ergosfäär ei meelita gravitatsiooniväljaga objekte. Seega kõik, mis sellega kokku puutub, nihutatakse ainult aegruumis ja tõmbub ligi ainult siis, kui see ületab sündmuste horisondi.
Stephen Hawkingi mustade aukude teooriad
Stephen Hawking oli üks 20. ja 21. sajandi mõjukamaid füüsikuid ja kosmolooge. Oma arvukate kaastööde hulgas lahendas Hawking mitu Einsteini pakutud teoreemi aitas kaasa teooriale, et universum sai alguse ainsuses, tugevdades veelgi helistama Suure Paugu Teooria.
Hawking uskus ka, et mustad augud pole täiesti mustad, vaid kiirgavad vähesel määral soojuskiirgust. See mõju oli füüsikas tuntud kui Hawkingi kiirgus. See teooria ennustab, et mustad augud kaotaksid vabaneva kiirgusega massi ja väheneksid äärmiselt aeglases protsessis nende kadumiseni.
Vaadake ka:
- Relatiivsusteooria
- Gravitatsioon
- suur pauk
