Alai

Mustat aukot tuntuvat olevan tieteiskirjallisuuden aineksia (ja itse asiassa ne ovat olleet pääosassa monissa scifi-kirjoissa ja -elokuvissa), joten ei ole harvinaista, että ihmiset miettivät, ovatko mustat aukot todellisia? Kuten käy ilmi, vastaus on kyllä, vaikka pitkään useimmat tiedemiehet olivat vakuuttuneita siitä, että mustat aukot ovat puhtaasti teoreettisia kohteita.

Ovatko mustat aukot todellisia? Mustan aukon idea

Mustan aukon käsitteen keksi ensimmäisen kerran englantilainen harrastajatähtitieteilijä John Michell vuonna 1783. Michell työskenteli Newtonin olettamuksella, jonka mukaan valohiukkasilla oli massa. Niinpä Michell ehdotti Newtonin gravitaatioyhtälön avulla, että jos olisi olemassa kappale, jonka säde olisi 500 kertaa auringon säde, mutta jonka keskimääräinen tiheys olisi auringon tiheys, sen pakonopeus olisi valonnopeutta nopeampi. Muutamaa vuotta myöhemmin ranskalainen matemaatikko ja tähtitieteilijä Simon Pierre Laplace päätyi samanlaiseen johtopäätökseen kysymyksessä Ovatko mustat aukot todellisia?

Valitettavasti Michellin ja Laplacen spekulaatioita ei otettu vakavasti tiedeyhteisössä, koska ei yksinkertaisesti ollut mitään todisteita siitä, että tällaisia eksoottisia kohteita olisi olemassa maailmankaikkeudessa, tai vastaus Ovatko mustat aukot todellisia? Lisäksi Thomas Youngin vuonna 1803 tekemä kaksoisrakokoe vahvisti valon aaltoluonteen, ja näytti mahdottomalta, että painovoima voisi vaikuttaa massattomiin aaltoihin.

Mutta vuonna 1905 Einstein osoitti valosähköisen ilmiön avulla, että valo koostuu massattomista hiukkasista, joita kutsutaan fotoneiksi. Lisäksi hänen vuonna 1915 julkaisemansa yleinen suhteellisuusteoria osoitti, että painovoima voi vaikuttaa näihin hiukkasiin, vaikka niillä ei ole massaa. Suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiovoima johtuu siitä, että massiiviset kappaleet vääristävät ympäröivää avaruusaikaa (kolme avaruudellista ulottuvuutta ja aika yhdistettynä neliulotteiseen jatkumoon). Koska myös massattomien hiukkasten, kuten fotonien, pitäisi noudattaa avaruusajan kaarevuutta, painovoima voi todellakin vaikuttaa valoon.

Karl Schwarzschild ratkaisi vuonna 1916 Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöt määrittääkseen sellaisen kappaleen säteen, jonka pakonopeus ylittäisi valonnopeuden. Einstein itse kuitenkin väitti, että mustan aukon mahdollisuus oli vain matemaattinen kuriositeetti – yleisen suhteellisuusteorian mielenkiintoinen ennuste, mutta ei tarkka kuvaus todellisuudesta. Vasta 1900-luvun puolivälissä, kun neutronitähdet löydettiin, astrofyysikot alkoivat vakavasti pohtia, voisivatko mustien aukkojen kaltaiset kompaktit kohteet todella olla olemassa.

Todisteet mustista aukoista

Viime vuosikymmeninä tiedemiehet ovat keränneet paljon havainnointitodisteita, joiden avulla he ovat voineet vastata kysymykseen: ”Ovatko mustat aukot todellisia”? Kuten nimestä voi päätellä, emme voi nähdä itse mustia aukkoja, mutta voimme tarkkailla mustan aukon vaikutusta ympäristöönsä. Kun mustat aukot ahmivat ympärillään olevaa ainetta, tämä materiaali muodostaa akkrektiokiekon, joka säteilee pääasiassa sähkömagneettisen spektrin röntgenkaistalla.

Lisäksi, kun mustia aukkoja esiintyy monitähtijärjestelmissä, voimme todistaa niiden gravitaatiovaikutusta näkyviin seuralastähtiin. Itse asiassa ensimmäinen todellinen mustan aukon ehdokas, Cygnus X-1, joka löydettiin vuonna 1964 ilmapallolennon aikana voimakkaan röntgensäteilynsä ansiosta, tunnistettiin myöhemmin mustaksi aukoksi, koska sen gravitaatiovaikutus kohdistui tiukasti kiertävään massiiviseen tähteen. Vastaavasti Linnunradan keskellä olevan supermassiivisen mustan aukon, Sagittarius A*:n, vahvistivat tähtitieteilijät, jotka seurasivat tähti S0-2:n (lyhennettynä S2) kiertorataa sen 15 ½ vuoden ajan.

Interenkiinto heräsi? Sukella syvemmälle: opi, miten tähtitieteilijät paljastavat mustien aukkojen historiaa, selvitä, miten mustat aukot ovat saattaneet muovata maailmankaikkeutta, ja kurkista uuteen maailmanlaajuiseen instrumenttiin, jonka avulla voimme jonain päivänä pian todella kuvata mustaa aukkoa. Kirjoita sähköpostiosoitteesi liittyäksesi Sky and Telescope -uutiskirjeeseen ja ladataksesi ILMAISEKSI Mustat aukot -e-kirjan.