in

Mi az a fekete lyuk és miért annyira veszélyes a közelében lenni?

A fekete lyuk a téridő olyan tartománya, ahonnan semmi, még a fény sem tud távozni az erős gravitáció miatt. Olyan égitest, melynél a felszínre vonatkoztatott szökési sebesség eléri vagy meg is haladja a fénysebesség értékét.

De a fekete lyukban nem található valódi égitest. A fekete lyuknak nincs belső szerkezete, kifelé csak a tömege, a perdülete és a töltése nyilvánul meg (kopaszsági elv).

A fekete lyukak létezését az általános relativitáselmélet jósolta meg. Fekete lyuk akkor jön létre, mikor egy véges tömeg a gravitációs összeomlásnak nevezett folyamat közben egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. Ekkor az anyag összehúzódását okozó gravitációs erős nagyobb lesz minden egyéb anyagi erőnél, az anyag pedig ennek hatására egyetlen pontba húzódik össze.

Az általános relativitáselmélet szerint ebben a pontban egyes fizikai mennyiségek, mint a téridőgörbület vagy a sűrűség, végtelenné válnak. A szingularitást körülvevő térrészben a gravitáció olyan nagy mértékű, hogy onnan sem anyag, sem fény nem tud kiszabadulni. A fekete lyuk-tartomány határát két, jellegében különböző módon lehet meghatározni:

A közgondolkodásban elterjedtebb eseményhorizontot a teljes téridő ismeretében a végtelenbe elszökni képes legbelső fénysugarak határozzák meg. A látszólagos horizont meghatározásához ezzel ellentétben nem kell ismernünk a teljes megoldást. A látszólagos horizonton belülről kibocsátott fénysugarak a szingularitás irányába indulnak el.

Stacionárius fekete lyukak esetén a két meghatározás azonos eredményt ad, de pl. a sugárzást tartalmazó Vaidya-téridőben a két meghatározás különböző felületet eredményez. A fekete lyukon belülre kerülő sugárzás vagy anyag mindenképpen belezuhan a szingularitásba.

A fekete lyukak valóban léteznek?

A fekete lyukak létezése csillagászati megfigyelésekkel (pl. Chandra űrtávcső) és elméletileg is bizonyítottak. Az Eseményhorizont Teleszkóp megfigyelései alapján az első képet a fekete lyukról 2019. április 10-én mutatták be.

Ennek előállításához az algoritmust Katie Bouman írta. Ez alapján készítették el a 900 000 sorból álló program kódolását. A lyuk elnevezés ebben az esetben nem egy szokványos lyukat jelöl, hanem a világűrnek egy olyan részét, ami mindent elnyel és ahonnan semmi sem tud visszajönni.

A fekete lyuk tehát egy olyan égitest, mely nagy tömege ellenére elég kicsi ahhoz, hogy elférjen az általa létrehozott eseményhorizonton belül. Az égitest minden pontja az eseményhorizonton belül található, vagyis az esemény horizonton kívülről nem látható. Nagyobb fekete lyuk sűrűsége kisebb lehet, mint a levegőé vagy a vízé.

A fekete lyukak párolgása

Stephen Hawking és csapata 1974-ben mutatta ki, hogy a fekete lyuk környezetében a lyuk tömegének rovására részecskék keletkezhetnek. Ennek következtében a lyuk tömege csökkenhet.

Ez az anyagkeletkezés annál nagyobb mértékű, minél kisebb a lyuk tömege. A Hawking-sugárzásnak elnevezett jelenség révén ahogy a lyuk egyre kisebb lesz, úgy lesz az anyagkibocsátás egyre nagyobb, míg végül a lyuk eltűnik. A fekete lyukba bekerülő anyag és sugárzás azonban a lyuk tömegét növeli.

Ez ellensúlyozza az anyagkibocsátást, addig, amíg a világegyetem hőmérséklete (2,7 kelvines kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás) nagyobb, mint a fekete lyuk felszíni hőmérséklete. Minél nagyobb a fekete lyuk tömege, annál alacsonyabb, de – a viszonylag kis méreteket leszámítva jóval 2,7 kelvin alatt, 0-hoz közel.

A viszonylag kis méret azt jelenti, hogy a holdunk tömegének megfelelő Schwarzschild-sugárral rendelkező fekete lyuk (azaz Holdunk tömegével azonos tömegű fekete lyuk) van termikus egyensúlyban.

Tehát, ez az a méret, melynél ugyanannyi sugárzást bocsát ki a fekete lyuk, mint amennyit elnyelni képes. Ennél kisebb tömeg esetén a fekete lyuk tömege a párolgás miatt csökkenni fog, nagyobb tömeg esetén pedig akkor is nő, ha csak a háttérsugárzás táplálja.

A világegyetem hőmérséklete a világegyetem tágulása miatt folyamatosan csökken, a nullához konvergál, azaz egy idő után alacsonyabb lesz bármely fekete lyuk felszíni hőmérsékleténél. Tehát, egy idő után minden fekete lyuk tömege elkezd csökkenni, míg végül elpárolognak

Ez a felfedezés rácáfolt arra az elméletre, mely szerint a fekete lyuk által elnyelt objektumokban hordozott fizikai információ (pl. impulzus tömeg, elektromos töltés, energia) eltűnik a fekete lyukkal együtt.

Ma már tudjuk, hogy ezek az információk megmaradnak a párolgás közben közvetlenül az eseményhorizonttól kisugárzott elemi részecskék között kialakuló gravitációs és egyéb típusú kölcsönhatásokban. Ezek a kölcsönhatások bozonok közvetítésével jönnek létre. Mindezek alapján elméletileg lehetséges az elnyelt információk visszakövetése.

Minden vélemény számít:

Kína új elektromos autója úgy néz ki, mint a Rolls-Royce és a Tesla szerelemgyereke!

Vajon megérett-e a világ, hogy Tom Hanks western szerepet kapjon a News of the World filmben?