Mieli puhallettu
Onko universumissa jotain outoa kuin mustia aukkoja? Nämä omituiset, painovoimaiset hirviöt eivät vääristä vain tilaa ja aikaa; vain ajattelemalla niitä venyttää ja taipuu ihmisten mielikuvitusta. Ja kaikkien mielenkiintoisten ominaisuuksien ohella, joista olet ehkä kuullut - heidän ihmeellisestä massastaan, uskomattoman pienikokoisista - mustista rei'istä on tonni vielä enemmän ulkomaisia ominaisuuksia, jotka ovat vähemmän tunnettuja. Tarkastellaan joitain hämmästyttävimpiä ominaisuuksia ja teoreettisia mahdollisuuksia näiden kosmisten omituisuuksien suhteen.
Mustissa reikissä voi olla hiuksia
Fyysikko John Wheeler ehdotti 1960-luvulla, että mustissa reikissä "ei ole hiuksia", mikä tarkoittaa, että kukin kosminen esine voidaan erottaa veljistään vain sen kehän, kulmaliikkeen ja massan avulla. Kaikkia muita erottavia tietoja mustasta aukosta pidetään "hiuksina", ja niiden uskotaan katoavan mustan aukon läpäisemättömän tapahtumahorisontin takana, rajan ympärille, joka on mustan aukon ympärillä ja jonka ulkopuolelle mikään, mukaan lukien valo, ei pääse.
Vuoteen 2016 saakka, kun kuuluisa fyysikko Stephen Hawking ehdotti, että mustat aukot todella urheilevat ylenmääräistä kampausta, joka on valmistettu kummituksellisista, nolla-energian hiukkasista, ja että tämä karvainen taajama sisältää tietoja materiaalista, jonka musta aukko on kuluttanut. Tätä hypoteesia ei ole todistettu, mutta se voisi auttaa ratkaisemaan pitkäaikaisen paradoksin siitä, mitä tapahtuu mustan aukon maw-putoukseen joutuneelle kaasulle ja pölylle.
Mustat reiät tuottavat suihkulähteitä
Mitään ei tarkoiteta pystyvän pääsemään mustan aukon voimakkaasta painovoiman otteesta. Mutta tämä koskee vain materiaalia, joka on saanut erittäin lähellä reikän reunaa. Itse asiassa monia mustia aukkoja ympäröivät kaasu- ja pölyvirrat, jotka kiertävät reiän ympäri, kuten viemäri menee alas. Tämän materiaalin kitka tuottaa lämpöä, joka muodostaa kuristuneita, myrskymäisiä rakenteita kaasuun ja pölyyn. Viimeaikaiset havainnot viittaavat siihen, että tämä liike tuottaa myös kaarevat renkaat, jotka ympäröivät aineen sisäpylväät, joka ampuu suoraan ilmaan ja muistuttaa voimakkaasti suihkulähteitä.
Mustat reiät voivat haihtua
Kvanttimekaniikka on toinen tapa hiukkasille päästä mustasta aukosta. Teorian mukaan subatomien hiukkasparit vilkkuvat jatkuvasti mustan aukon tapahtumahorisontin ympärillä ja poistuvat olemassaolosta. Jokainen niin usein, kokoonpano on kohdistettu oikealla tavalla aiheuttaa yhden kumppaneiden putoamisen mustaan reikään. Hiukkasen identtinen osakkuusyritys työntyy sitten pois erittäin suurella nopeudella, ryöstäen pienen energian mustan aukon. Tämä tuottaa niin kutsutun Hawkingin säteilyn Stephen Hawkingin jälkeen, joka löysi ilmiön. Koska energia on yhtä suuri kuin massa, tämä prosessi voi itse asiassa aiheuttaa mustan aukon kutistumisen ja lopulta haihtua pois pitkien ajanjaksojen ajan.
Tuliseinä voi ympärittää mustia reikiä
Yksi Hawkingin säteilyn ongelmista on, että se aiheuttaa fyysikoille kohoumia. Tämän säteilyn tuottamat subatomiset hiukkaset takertuvat toisiinsa, mikä tarkoittaa sitä, että yhdelle tapahtuu heti toisen tuntemana. Joten mitä tuntee kumppani, joka ei pudonnut mustaan reikään, kun hänen työtoverinsa murskataan äärettömän tiheään kohtaan? Kukaan ei tiedä. Yhden teorian mukaan musta aukko johtaa hiukkasten takertumiseen, mikä johtaa kvantimekaniikan lakien mukaan hulluan määrään energiaa. Tämä puolestaan tarkoittaisi, että kaikkia mustia reikiä ympäröivät tulen kattoseinät.
Musta aukko saattaa sekoittaa tietoja tai ei
On vaikea neliöida mustien reikien murskaamassa massaa kvanttimekaniikan lakien kanssa, joiden mukaan hiukkasia koskevaa tietoa ei voida koskaan tuhota. Mutta materiaalin, joka liukuu mustan aukon reunan ulkopuolelle, tulisi kadota ikuisesti maailmankaikkeudelle. Tätä condundrumia kutsutaan mustan aukon informaation paradoksiksi; päätöslauselma on toistaiseksi kiertänyt tutkijoita. Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että mustaan aukkoon sekoittuva tieto voitaisiin välittää lähteville hiukkaspartnereille Hawkingin säteilyssä; lopulliseen vastaukseen tähän paradoksiin ei kuitenkaan löydy.
Mustat reiät voivat olla tummaa ainetta
Pian iso räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeuden olisi pitänyt tuottaa monia pieniä mustia reikiä. Koska nämä piirteet olisivat massiivisia esineitä, jotka eivät anna valoa, jotkut fyysikot ovat väittäneet, että nämä alkukantaiset mustat aukot voisivat muodostaa pimeän aineen, sen salaperäisen materiaalin, josta valtaosa aineesta on muodostettu. Mutta idea on kiistanalainen, kun otetaan huomioon, että laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) tiedot ovat sulkeneet pois universumin, joka on täynnä monia pienimuotoisia mustia reikiä. Keskikokoiset mustat aukot saattavat ehkä vielä piiloutua siellä, vaikka havaintojen mukaan niiden osuus pimeästä aineesta on korkeintaan 1-10%.
Aine voi matkustaa tulevaisuuteen mustassa aukossa
Mustat aukot törmäävät äärettömyyden ongelmaan - mustan aukon massa murskataan äärettömän tiheään pisteeseen, joka on äärettömän pieni. Fyysisesti tällä ei ole mitään järkeä, joten tutkijat ovat etsineet vaihtoehtoisia kehyksiä saadakseen kahvan mustille reikille. Yksi ehdotus tunnetaan kvantisilmukkagravitaationa, mikä viittaa siihen, että avaruus-ajan kangas on kaareva erittäin voimakkaasti lähellä mustan aukon keskustaa. Tämä johtaisi siihen, että osa reikästä ulottuu tulevaisuuteen, mikä tarkoittaa, että sen imeminen siihen kulkee aika eteenpäin. Toistaiseksi tämä mieltä laajentava idea on edelleen teoreettinen.
Tutkijat ovat huomanneet mustia reikiä toisesta maailmankaikkeudesta
Yksi erittäin kiistanalainen havainto viittaa siihen, että maailmankaikkeus on myöhässä tulija. Aikaisemmat maailmankaikkeudet olisivat voineet olla olemassa ennen omamme, ja ne olisivat sisältäneet mustia aukkoja. Tunnettu Oxfordin yliopiston matemaattis-fyysikko Roger Penrose on väittänyt, että kosminen taustasäteily - energinen jäännös Big Bangista - sisältää jäljennökset näistä mustista reikistä aikaisemmin. Muut tutkijat ovat väittäneet, että Penrose'n tiedot eivät ole muuta kuin satunnaista melua, mutta mahdollisuus on edelleen kiehtova.
Pian meillä on kuva mustasta aukosta
Muutamassa päivässä fyysikot asettavat vapauttamaan ensimmäisen kuvan mustasta aukosta. Tämä supermassiivinen peto varjostaa Linnunradan galaksin ytimessä; Event Horizon-teleskoopin tavoitteena on kuvan ottaminen siitä. Tämä instrumentti on itse asiassa maailmanlaajuinen radioteleskooppien verkosto ympäri maapalloa, jotka ovat yhdistäneet voimansa lähentääkseen galaktista keskustaa kuin koskaan ennen. Teleskoopin pitäisi pystyä havaitsemaan mustan aukon varjo ympäröivän materiaalinsa yli, ja kuvia odotetaan 10. huhtikuuta.
